Конфликты как основа сложности

Интервью с Михаилом Кацнельсоном, лауреатом премии Спинозы и Гамбургской премии по теоретической физике, докт. физ.-мат. наук, профессором теории конденсированного состояния Университета Радбауда (Нидерланды), членом Королевской академии наук и искусств Нидерландов и Европейской академии. Беседовала Наталия Демина. Полная версия интервью (в бумажной и pdf версии газеты опубликована сокращенная). 

См. также комментарий Евгения Кунина «Объяснить феномен жизни»

— Почему вы, уже состоявшийся физик, увлеклись биологией?

— Во-первых, я не собираюсь становиться биологом, у меня нет амбиций сделать что-то важное в биологии. Но у меня как у физика уже много лет интерес к проблеме сложности. В популярной литературе эта тема хорошо представлена, ключевые слова: «синергетика», «Пригожин», «самоорганизация», emergent phenomena… Слов много, но, когда нужно решить совершенно конкретную проблему с возникновением того, что нам интуитивно представляется сложным паттерном в физических или химических системах, выясняется, что мы совершенно этого не понимаем. Поэтому я уже лет 10–15 думаю, как научиться решать эти проблемы. А поскольку проблема сложности естественным образом обсуждается биологами и у них очень много работ, где они пытаются сформулировать биологически приемлемые определения сложности, то волей-неволей пришлось с этим разбираться.

К счастью, так получилось, что какое-то время назад мы начали работать с Евгением Куниным, одним из самых активных и влиятельных современных биологов, насколько я могу судить. И он как биолог интересуется общим происхождением сложности, общей проблемой сложности.

Оказалось, что у нас уже достаточно общих точек соприкосновения для совместной работы — на данный момент опубликованы четыре статьи, а две выложены в bioRxiv. Я не могу оценить, насколько эти работы важны с точки зрения биологии, но мне как физику они очень помогли кое-что для себя понять. Наша цель еще не достигнута, мы всё еще нуждаемся в хорошем формальном определении сложности, которое бы годилось для интересующих меня физико-химических процессов. Но сейчас я понимаю в этом гораздо больше, чем понимал до начала работы с Женей.

— А как вы пишете вдвоем: как Ильф и Петров?

— Я езжу к Евгению. Каждый год я провожу две недели в Национальных институтах здоровья (США), иногда даже больше. Пару раз он был у меня в Нидерландах, в Неймегене. Разумеется, мы используем Skype, но личные встречи более эффективны. Мы разговариваем, разговариваем — практически до одурения, хотя особой дури (кажется) нет. Обычно мы разговариваем втроем — к нам присоединяется Юрий Вольф, сотрудник Жени, который тоже играет активную роль во всей этой деятельности.

В общем, мы разговариваем, потом начинается непосредственный процесс написания статьи. В основном пишет Женя. Он это быстрее и лучше всех нас делает. Я восхищен его способностями к написанию научных текстов, я так не могу, во всяком случае с такой скоростью, а он делает это очень хорошо. Затем статья редактируется, улучшается — уже всеми.

— В одной из своих статей с Куниным [1] вы говорите о возможности разработать физическую теорию для постижения эволюции. Насколько вы близки к этому? Движетесь ли в этом направлении или в каком-то другом?

— Вопрос, который мы пытаемся обсуждать, до нас обдумывало огромное количество людей и параллельно с нами обсуждает. И после нас будут обсуждать. Это вопрос о том, в какой мере существующая сейчас физика применима к биологии. Прежде всего мы — Женя, Юра и я — убеждены, что нет никаких специфических законов природы, которые действуют только для биологического вещества и не действуют для обычного.

Разумеется, любой белок, любая нуклеиновая кислота, любое вещество, которое важно биохимически, подчиняется и законам квантовой механики, и законам статистической физики, и так далее. Но, если на этом утверждении остановиться, выплескиваются самые интересные вопросы — те, что специфичны именно для биологии.

Я в молодости увлекался философией Гегеля, из меня до сих пор выскакивают его цитаты. Одна из них, которая мне нравится: «Ответ на вопрос, который философия оставляет без ответа, состоит в том, что вопрос должен быть иначе поставлен». То есть можно сказать, что в живых организмах нет ничего, кроме электронов и ядер, которые подчиняются законам квантовой механики, уравнению Шрёдингера, электродинамике Максвелла и так далее, но какой толк с этого ответа?

Практический вопрос возникновения и происхождения жизни во всем удивительном многообразии живых организмов, которые существуют на нашей планете, на этом уровне не решается. То есть вопрос должен быть как-то иначе поставлен. Как? И мы пытаемся нащупать некий формализм, который был бы основан на существующей статистической физике, но который был бы приспособлен именно для вопросов такого рода.

И тут первое, что обращает на себя внимание, — это принципиальная иерархичность, принципиальная многоуровневость биологических систем. Если грубо, то есть два уровня: генотип и фенотип. Если не так грубо, то их гораздо больше: есть уровень биомолекул, есть уровень органелл, уровень клеток, организмов, биоценозов и так далее.

На каждом уровне действуют свои законы, но при этом то, что происходит на верхнем уровне, влияет на нижний. Грубо говоря, ДНК, белки — это молекулы, имеющие биологическое значение. Но при этом определенная комбинация этих молекул, которая вполне возможна термодинамически, после каких-то изменений, конформаций не будет иметь биологического значения. Они будут выбракованы отбором, а отбор происходит уже не на уровне молекул, а на уровне организмов.

То есть нам нужно иметь какую-то статистическую физику с разными взаимодействующими уровнями и предусмотреть какой-то механизм передачи информации: то, что происходит на высшем уровне, влияет на то, что ниже, и наоборот. Такого математического аппарата, кажется, в настоящее время в физике нет. Мне было бы очень интересно попытаться нащупать контуры, как он должен строиться.

В общем, это очень опасная тема, но общее ощущение такое, что нам не нужны новые физические законы для того, чтобы применять физику в биологии, но нам нужны новые способы обдумывания старых физических законов. И, возможно, новый математический аппарат. В частности, нам нужно все-таки полностью формализованное определение биологической сложности, потому что в данный момент нет такого определения, которое бы нас удовлетворяло.

Нам нужна какая-то формальная аналогия между аппаратом статистической механики и аппаратом эволюционной биологии — какие-то первые шаги в этом направлении сделаны, но гораздо больше предстоит сделать. Речь идет о развитии языка статистической физики для применения к биологическим проблемам. Еще раз повторю, что нам не нужны новые физические законы в том смысле, что нам не нужно вводить специальные уравнения для электронов в составе человеческого организма или специальные законы для электронов в составе какого-нибудь полупроводника или куска металла — электроны одни и те же, и законы, управляющие их движением, одни и те же.

Но вопросы про коллективные действия электронов в биологическом организме и вопросы про коллективные действия электронов в куске металла должны формулироваться совершенно иным образом. Поэтому нам нужен новый язык, новые понятия, нужна, возможно, какая-то новая математика. Мы пытаемся нащупать контуры этого будущего формализма.

— Для этого вам не нужен математик? Или вам достаточно ваших знаний?

— Конечно, нужен, и вопросы сложности я обсуждаю с математиками высочайшего класса. Две недели назад я был гостем Стаса Смирнова в Женеве, мы сотрудничаем. Правда, пока, в отличие от Жени, никаких общих статей нет, но нас обоих очень интересует проблема сложности. 

Дело в том, что у математиков немного другие стандарты того, что такое прогресс в задаче. Можно наговорить кучу всяких интересных слов, и для «естественников» —физиков, биологов — это уже какое-то достижение, потому что это может побудить коллег к дальнейшим шагам, а в математике пока утверждение не сформулировано, не переведено на язык теоремы, аккуратно не доказано, его вообще не существует. Поэтому работа с математиками движется бесконечно медленнее. Это очень тягомотно — если кто не математик, они-то в этой их строгости как рыба в воде.

Кроме того, если нас интересует понятие сложности, надо очень внимательно смотреть на то, что делается в области искусственного интеллекта, в машинном обучении и так далее. Я активно сотрудничаю с профессором Бертом Каппеном (Bert Kappen) из нашего университета, профессором искусственного интеллекта и машинного обучения. Мы пытаемся и с ним что-то обсуждать, и это тоже нелегко.

Наша деятельность с Хансом де Рэдтом (Hans de Raedt) и Кристель Михельсен (Kristel Michielsen) по основам квантовой механики удивительным образом перекликается с машинным обучением, потому что мы пытаемся на основы квантовой механики взглянуть с точки зрения теории информации, с точки зрения логики. То есть это всё взаимосвязано. Я общаюсь со специалистами высочайшего уровня в разных науках. Может быть, что-то из этого и получится, но в целом у меня ощущение, что мы всё еще очень далеки от цели, у нас всё еще нет содержательной теории сложности.

— В одной из своих статей вы сравнили биологические существа с фрустрированным состоянием типа стекла. Не объясните, почему?

— Конкретно это сравнение принадлежит не нам. До нас были статьи очень крупных физиков: Дэвида Пайнса (David Pines), автора работ бесспорно нобелевского уровня, и Боба Лафлина (Robert Laughlin), нобелевского лауреата. Они написали несколько статей, в которых обращали внимание на аналогию стекольного состояния и биологии. У них, правда, это было на уровне лозунга.

Мы же с Женей Куниным и Юрой Вольфом пытаемся конкретизировать эту аналогию, наполнить ее в том числе биологическим содержанием, подтвердить какими-то биологическими примерами. Одно из моих самых любимых высказываний про науку — фраза Менделеева: «Сказать всё можно, ты поди, продемонстрируй». Этот шаг между «сказать можно» и «это сказано» — ну, я не могу сказать, что мы продемонстрировали, но мы все-таки пытаемся двигаться в направлении от «сказать» к «продемонстрировать».

— Каково же ключевое сходство между живыми организмами и стеклом?

— Стекло — это удивительное состояние, которое является промежуточным между равновесным и неравновесным. Что такое равновесное состояние? Оно описывается какими-то воспроизводимыми свойствами, которые не зависят от предыстории объекта. Вот у вас капля воды. У нее есть вязкость, плотность. Вы ее медленно нагрели, потом снова охладили, пришли в то же самое состояние. Вы будете иметь те же самые характеристики.

В стеклах, если вы будете повторять этот процесс «нагрел — охладил», «нагрел — охладил», «нагрел — охладил», даже если вы делаете это максимально медленно и аккуратно, то вы всё время куда-то «ползете». Ваши свойства не остаются одинаковыми, они немного сдвигаются. Поэтому стекла — пока единственный известный пример систем, из тех, которые изучает физика, которые обладают какой-то памятью. Биологические системы обладают памятью, мягко говоря.

Последнюю статью с Женей и Юрой мы начали с цитирования Резерфорда: «Все науки делятся на физику и коллекционирование марок» и начали объяснять, в чем разница между физикой и коллекционированием марок. Коллекционирование марок — это занятие, которое на 100% зависит от истории. Коллекционеров, филателистов (у меня близкий друг — очень серьезный филателист) про конкретную марку интересует всё: кто ее гравировал, как, какому историческому событию посвящена, как это всё было и так далее. Это то, что имеет место в биологии.

А фундаментальные законы физики не имеют памяти. Они локальны. Если взять закон Ньютона, то в чем смысл ньютоновской механики? В том, что вы можете проследить движение системы точка за точкой. У вас есть координаты и скорости частиц, вы вычисляете ускорение, вычисляете координаты и скорости в следующий момент времени, вычисляете ускорение, и так шаг за шагом. Вам не нужно знать, что было до того.

В биологических системах, чтобы понять, откуда на Земле кошки, мышки, почему кошки ловят мышек и так далее, надо углубляться на 3–4 млрд лет назад. Это всё «растет» оттуда. То есть, биологические системы — это системы с исключительно долговременной памятью.

Дальше возникает фундаментальный вопрос именно к физике: каким образом, исходя из фундаментальных физических законов, которые локальны в пространстве и времени, которые никакой памяти не содержат, и притом, что мы не верим, что для биологии нам нужны новые физические законы, — каким образом все-таки возникают эти системы, в которых память есть, она важна и распространяется на миллиарды лет? И нам кажется, что теория стекол — это может быть неплохим подспорьем при решении этого вопроса. Но это только первый шаг. Потому что стекла — очень примитивны, они…

— Бьются?

— Нет, дело не в этом. Они не образуют по-настоящему сложных паттернов, они не обладают решающим, совершенно удивительным свойством биологических систем — саморепликацией, самовоспроизведением. И самое главное — они не эволюционируют. У них нет настоящей эволюции. У них есть какое-то более-менее хаотическое «ползание» по энергетическому ландшафту, но нет настоящей эволюции. У них не возникает новизна. В биологии она возникает. Мы пытаемся понять, откуда это следует.

Мы думаем, что среди идей, которые уже сейчас развиты в статистической физике, прежде всего в теории стекол и других систем между равновесием и неравновесием, очень важна концепция самоорганизуемого критического состояния, предложенная Пером Баком (Per Bak). Это какие-то важные ингредиенты будущей «теории сложности».

Но в то же время, когда Бак написал в своей книге “How Nature Works” («Как работает природа») прямо, курсивом: «Сложность и есть criticality», — я думаю, что это, мягко говоря, упрощение. Да, criticality — это важный фрагмент всей картины. Но из всех этих «кирпичиков» должна строиться какая-то будущая теория сложности. По крайней мере, мы пытаемся сформулировать этот язык.

Чуть ранее я немного саркастически упомянул Илью Пригожина, человека с огромными заслугами перед наукой, синергетику и прочее, но сейчас есть уже некоторый опыт обдумывания всего того, что было раньше сделано. Видно, что от ячеек Бенара, периодических структур, реакций Белоусова — Жаботинского к пониманию по-настоящему сложных процессов не продвинешься. Потому что математический аппарат, который за всем этим стоит и, как считалось, проведет нас куда-то к теории сложностей, был основан на классической механике, на теории динамических систем, шел от механики.

А мне кажется, что все-таки надо начинать со статистической физики. Все-таки подход к этим системам с точки зрения уже совершенно фундаментальных уравнений движения — законов Ньютона и так далее, какие аттракторы возникают при этом, — чрезмерен. Надо все-таки оставаться на еще физическом уровне, но уже предназначенном для описания сложных систем.

И тогда наш словарик уже немного по-другому выглядит. Тогда это стекло, это самоиндуцированное стекло, это самоорганизованная критичность. Для всего этого нет пока полностью адекватного математического аппарата, но он нащупывается, создается. Здесь, конечно, нужно использовать и теорию сетей, и машинное обучение. Где-то там надо искать.

— Что понимается под «критичностью»?

— Criticality — это утверждение, что всё есть фрактал. Как вы знаете, фракталы — еще одна очень модная сейчас концепция. В чем главное свойство фрактальных систем? Они самоподобны. То есть не важно, смотрите ли вы на какой-то большой узор или на какую-то его маленькую часть — она выглядит совершенно так же. Если вы его растянете, то будет то же самое.

В 1960–1970-х годах произошел прорыв в статистической физике, в теории фазовых переходов второго рода. Была решена знаменитая проблема, сформулированная Ландау, которая очень долго не поддавалась решению. И прогресс в понимании этих систем был основан именно на концепции самоподобности, концепции скейлинга. Системы, которые находятся в критической точке, обладают свойством фрактальности. То есть, если вы возьмете какую-то маленькую часть этой системы, растянете, она будет выглядеть так же, как большая. Это очень важно.

На самом деле это понятие вводилось еще раньше и в физике, и в математике. Конечно, блестящий пример — это работы Колмогорова по турбулентности, где он тоже вводил понятие самоподобия, изучал скейлинговые свойства. Это мощнейшая штука. В теорию самоорганизованной критичности основной вклад внес Пер Бак, но там еще работы полно, и многие люди задаются вопросом: почему, собственно, фрактал, почему самоподобные системы, почему степенные законы так часто встречаются в природе, в обществе и так далее?

Бак выработал концепцию self-organized criticality — т. е. для некоторого класса систем можно показать, не в математическом смысле, а сделать правдоподобным утверждение о том, что они сами, самостоятельно приходят в такое состояние, когда они будут обладать свойством самоподобия.

Хорошо известный пример: куча песка или куча риса. Вы изучаете ее динамику — там время от времени сходят лавины. Вы можете попытаться определить зависимость от времени между сходом лавины и ее размером. И так далее. Там будут степенные закономерности. Откуда они берутся? Оказывается, что такие системы, которые находятся на грани устойчивости, склонны к образованию таких самоподдерживающихся фрактальных структур. Это очень важный элемент нашего нынешнего понимания теории complexity.

Другое дело, что я уверен, что этого недостаточно, что содержательная сложность обязательно иерархична. То есть, когда вы рассматриваете разные уровни, они не подобны друг другу, они обладают существенно разными свойствами. У нас нет пока такой правильной теории, наверное, которая бы это описывала, но это какой-то очень важный элемент.

Другой очень важный элемент, который мы с Куниным всё время подчеркиваем, — роль конкурирующих взаимодействий в развитии жизни на всех уровнях. Здесь важно, что физики изучали в стеклах, потому что конкурирующее взаимодействие — так называемые фрустрации — это определяющая черта «стекольного состояния».

Мы попытались подтвердить нашу мысль какими-то примерами из биологии (поскольку это биологические примеры, то, конечно, мой вклад тут нулевой, тут Кунин и Вольф). Утверждается, что на всех уровнях биологии мы имеем дело с такими конкурирующими факторами. В частности, насколько я понимаю, один из любимых сюжетов Жени Кунина — это роль паразитов в эволюции, «гонка вооружений» между паразитом и хозяином, как движущий фактор. Это очень интересная штука.

И хочу сказать, что, хотя в основном наши работы с Куниным и Вольфом, может быть, немного пока «болтологические», говорят о том, куда стоит двигаться, но есть одно исключение — самая первая работа. Я там внес вполне конкретный математический вклад, дал совет — как правильно решать некую систему уравнений. И в результате была получена некая простая аналитическая формула для распределения числа идентичных генов, потому что гены могут удваиваться, утраиваться, теряться.

В общем, можно нарисовать функцию распределений числа копий каждого гена, который есть в геноме, в зависимости от разных факторов. И, в частности, от давления отбора. Это очень интересная штука — параметр отбора очень трудно померить. Это центральная концепция в биологии, в эволюции — во всяком случае.

А тут какая-то формула есть, изучая эти данные по биоинформатике, в которой Женя —один из крупнейших экспертов в мире, можно эти параметры извлекать. Можно, например, изучать разные типы генов — находятся ли они под сильным или слабым, положительным или отрицательным действием отбора, полезны или вредны и так далее.

Один очень забавный вывод, который я немного провокационно спроецирую на человеческое общество, чего делать, конечно, не стоит, таков: полиция приблизительно так же вредна, как мелкие преступники. Имеется в виду вот что: есть генетические паразиты. Есть страшные и ужасные паразиты, которые убивают, с ними надо бороться. А есть мелкие паразиты, которые встраиваются в ваш геном, немного ухудшая шансы ваших потомков на выживание, и есть системы защиты, которые позволяют с этими паразитами бороться. Эти системы защиты в эволюционном смысле стоят примерно столько же, сколько сами эти паразиты.

Поскольку в природе «бесплатных пирожных не бывает», то для того, чтобы поддерживать свой геном, — во-первых, это ресурсы, во-вторых, это возможность так называемых аутоиммунных реакций. Условно говоря, когда полиция, вместо того чтобы хватать преступников, начинает хватать мирных граждан — в данном случае это надо понимать совершенно метафорически. В общем, короче говоря, «за всё надо платить».

Поэтому и по другим причинам — есть некоторый набор аргументов, который показывает, что паразиты неизбежны, — мы написали с Женей Куниным и Юрой Вольфом пару работ, предложив полуматематические модели, которые, по-видимому, показывают неизбежность возникновения паразитов даже на самых ранних этапах эволюции. А дальше — что такая лобовая защита против паразитов, то есть разработка каких-то защитных систем, дорого стоит и эволюционно невыгодна.

А что выгодно? Разнообразие. Нужно измениться так, чтобы этот паразит уже не мог тебя есть. Чтобы стать для него несъедобным. Но тогда на вас заведутся новые паразиты, потому что это совершенно неизбежно.

— А пока заведутся, у вас есть время…

— Да, да. Надо дальше разнообразие увеличивать. Это такая удивительная механика.

— Такая народная мудрость получилась…

— На самом деле она не только народная, это практически «часть силы той, что без числа творит добро, всему желая зла». Математизированная теория эволюции, которой мы пытаемся заниматься, — это, в частности, попытка формализовать процесс получения добра из зла. Почему появились паразиты, почему мы смертны, откуда появился этот процесс программируемой клеточной смерти, программируемого клеточного самоубийства — он тоже, по-видимому, возник как способ борьбы с паразитами.

Дальше — это можно преодолеть. Мы же имеем раковую клетку, которая достигает личного бессмертия, грубо говоря, с некоторыми оговорками, но ценой гибели целого организма. То есть это как бы система противоречий, которая пронизывает всю биологию, начиная от уровня молекул и кончая уровнем биосферы.

То, что лучше для данной конкретной клетки, необязательно лучше для популяции клеток и так далее. В общем, эта «система сдержек и противовесов» приводит к появлению сложности. И эта концепция «сдержек и противовесов» — то, что физики называют конкурирующими взаимодействиями, — фрустрация, когда у нас, грубо говоря, в полной энергии системы есть разные вклады, и каждый работает на свое состояние, и невозможно удовлетворить всех.

В современной физике лучше всего наука, что делать с этими конкурирующими взаимодействиями, разработана в стеклах. Сложность системы «сдержек и противовесов» в биологических системах, ее многоуровневость совершенно несопоставима с тем, что в стеклах происходит. Поэтому мы говорим о какой-то аналогии, следуя Пайнсу, Лафлину и другим, пытаемся эту аналогию дальше как-то развить и конкретизировать, но мы прекрасно понимаем, что нужно сделать еще миллион шагов к тому, чтобы можно было уже решить, что какое-то понимание достигнуто и так далее.

— Вы сказали о том, почему сложная система гибнет. А думали ли вы о том, почему существует жизнь? Как из мертвого получается живое? Есть идеи?

— Конечно, нет. Насколько мне известно, и у Жени нет. Во что-то люди верят… Я думаю, что мы ничего об этом пока не знаем. Читали вы книгу Жени «Логика шанса»? Замечательная книга. Собственно говоря, наше взаимодействие с Женей началось с того, что мы обсуждали что-то в Интернете. И он прислал мне рукопись этой книги. И мне ужасно не понравились последние главы, где говорится про космологию, про антропные принципы и так далее. Я вообще ужасно не люблю антропные принципы, об этом я ему написал. И с этого началось наше конструктивное сотрудничество.

— А почему вы не любите эти принципы? В недавней статье В. ­Рубакова и Б. Штерна они как раз обсуждали слабый и сильный антропные принципы [2].

— Все-таки «не люблю» — это я упростил. Появление антропного принципа связано с какими-то конкретными исследованиями: с работы Хойла — откуда появились тяжелые элементы, ну что у ядра С12 есть резонансный уровень, близкий к энергии трех свободных альфа-частиц, поэтому идет синтез в звездах и так далее. Это замечательное наблюдение, очень важное. Конечно, много ценных научных результатов получено на этом пути познания, но надо же где-то остановиться…

Когда мы начинаем говорить, что есть квадриллионы вселенных и в них бывает всё что угодно, в том числе в них произошли крайне маловероятные события, которые привели к возникновению жизни, — это смешно, потому что, пользуясь абсолютно этой же логикой, я могу сказать, что есть такая вселенная, где вообще ничего нет, просто стоит в пустоте стол, стул, лампа с зеленым абажуром, стакан чая или рюмка коньяка и ломтик лимона.

Чем эта картина мира менее научна? Если мы говорим, что мультиверс огромен и случайно в нем происходит всё, то давайте все-таки где-то остановимся. Потому что объяснять происхождение жизни просто тем, что вселенных настолько много, вероятность возникновения жизни во всей этой куче миров настолько велика, что в одной из них жизнь и произошла, — ну, тогда я хочу знать, почему наша Вселенная не состоит из чая, лимона и коньяка на деревянных столах? Почему в ней есть что-то еще?

Уж коли мы встали на такую дорожку, что «возможно всё», мне кажется, это в какой-то момент начинает отказывать нам в объяснениях. Поэтому я, конечно, не считаю антропный принцип антинаучным или вредным, но он очень опасный. Это опасная линия думанья и попахивает отчаяньем. Мы много разговаривали на эти темы с Женей Куниным. 

— С Рубаковым это не обсуждали?

— Нет. Мы не знакомы.

— Жаль, мне кажется, это было бы интересно.

— Не знаю, было бы ему интересно со мной разговаривать.

— А ваши исследования по графену продолжаются?

— Да. Но скорее в поддерживающей фазе. Это не главное мое занятие сейчас. Как и биология.

— А что главное?

— Наверное, теория магнетизма и то, что называется «сильно коррелированными системами», — то, чем я занимался до графена. Сейчас гораздо больше возможностей — и научных, т. к. мы стали больше понимать, и не в последнюю очередь благодаря успеху с графеном у меня прибавилось организационных возможностей. У меня появилась возможность создать большую группу, что также помогло.

Мы вернулись ко всяким старым задачам, которыми занимались раньше. Например, к загадке высокотемпературной сверхпроводимости, которая кажется почти безнадежной, там столько великих людей ковырялось, столько лет уже прошло, а на фундаментальные вопросы ответов по-прежнему нет. Сейчас мне кажется, что у нас есть шанс как-то продвинуться. Магнетизм, сильно коррелированные системы и высокотемпературная сверхпроводимость — это то, что меня больше всего занимает.

В «поддерживающемся» режиме продолжаются исследования по графену и по другим двумерным материалам. Биология — это не в поддерживающем режиме, я бы всё бросил и занимался только этим, но я же все-таки понимаю, что ничего особенного пока у нас не получается. Если у нас реально начнет что-то получаться с теорией сложности, то я всё брошу и буду заниматься только ею. Но пока…

— Вы — единственная научная группа, которая занимается понятием сложности, или вам известно, что кто-то еще об этом думает?

— Думают-то многие, но их «думание» следов не оставляет. Разумных статей, где было бы написано именно то, что мне хотелось бы прочитать, я пока не видел. Я думаю, что у нас какой-то свой путь. Нам очень интересно, наше сотрудничество колоссально расширяет кругозор. 

Например, я всегда как-то очень скептически относился к очень модным сейчас попыткам применить некоторые идеи теории струн в физике конденсированного состояния — так называемая голография, AdS/CFT… Но у меня сейчас есть молодой сотрудник, Андрей Багров, который убедил меня, что это очень подходящий метод для некоторых задач. Это сейчас чуть ли не единственная физическая теория, где есть какое-никакое определение сложности. Оно очень ограничено специальными системами, которые описываются конформной теорией поля и т. д., — но есть хоть какое-то, а у нас никакого нет. Поэтому мы и это осваиваем.

Недавно мы сделали работу с Андреем Багровым и с московскими математиками из «Стекловки», Димой Агеевым и Ириной Арефьевой, которой я очень горжусь, по так называемой «голографической сложности». Там, например, интересный вывод, который Жене Кунину очень понравился: что самоподобие (criticality) не есть сложность, вопреки Баку, но в каком-то смысле есть предпосылка сложности. То есть если по системе, которая обладает этим свойством самоподобия, шарахнуть хорошо… Грубо говоря, если в такое кипящее «самоподобное болото» упадет еще и метеорит, оказывается, начинает производиться сложность со страшной скоростью. 

— Это напоминает теорию происхождения жизни на Земле? 

— Не знаю. Я к тому, что проблема достаточно сложная. Как кошка пробует горячее мясо: с одной стороны лапой, с другой… Надо пробовать со всех сторон. Плюс такой деятельности хотя бы в том, что, как я уже говорил, страшно расширяет кругозор.

— А как вам удалось освоить современную биологию? Много ли времени ушло на самообразование?

— А я ее и не понимаю! Правда, Женя говорит, что готов написать мне справку даже на бланке института, что я — биолог… Я собираю подобные обещания. Один математик обещал дать мне справку, что я — математик. В ноябре я был в Москве на математической конференции по дифференциальным уравнениям в частных производных, и там коллеги чуть не приняли меня за главнокомандующего — то есть за математика. Как Хлестакова. Это всё шуточки, я прекрасно понимаю, что я и не математик, и не биолог, я — физик, который интересуется некоторыми проблемами биологии, а для того чтобы продвинуться в том, что меня интересует, волей-неволей нужно как-то взаимодействовать с математиками и с биологами.

— Насколько я знаю, И. М. Гельфанд занялся биологией потому, что понял, что математика должна идти в биологию. А вы делаете шаг от физики к биологии и математике.

— Понимаете, в чем дело. Мое, может быть, отличие, по сравнению с великими людьми, несомненно гораздо более великими — Гельфандом, Громовым (одним из величайших современных математиков), интересовавшимися биологией, — в том, что я работаю не в одиночку. Я работаю с сильнейшими профессионалами. Я помогаю Кунину, помогаю его сотрудникам. Поэтому я чувствую себя в этом смысле достаточно уверенно. Если я начну делать какую-то полную ахинею с биологической точки зрения, то Женя проследит, чтобы это дальше не пошло и осталось между нами. Я на это надеюсь. 

Если бы я был немного более самоуверен, то, оставаясь физиком, стал бы объяснять биологам, как им правильно заниматься биологией, а математикам — как им правильно заниматься математикой, и я бы накуролесил. Была бы ошибка на ошибке. Еще раз подчеркну: я не биолог, я — физик, который, по-видимому, может конструктивно общаться с сильными биологами. Если по каким-то причинам наше сотрудничество с Женей не заладится, то я просто брошу эту область. Я не считаю, что могу без него продолжать что-то содержательное делать в биологии.

— Вы написали в «Фейсбуке», что сложно, но можно смотреть на происходящие в мире события, «находясь на трибуне стадиона». Вам удается так делать?

— Это я не сам написал. Это сказал мне мой друг и соавтор, намного более великий человек, чем я. Что можно расслабиться, как на стадионе, как в театре, сидеть и пытаться удовлетворять свое любопытство, разглядывая происходящее. У меня это совершенно не получается. Думаю, что и у автора этого высказывания тоже не получается. Мы должны понимать, что такие вещи говорятся не от хорошей жизни. Когда люди, очень умные, намного умнее меня, и лучше информированные, чем я, с большими возможностями что-то исправить, чем у меня, начинают говорить, что единственное, что остается, — это развалиться в кресле и наблюдать, это, наверное, просто потому, что им кажется, что ситуация совсем уж плоха.

— А я было начала вам завидовать, что вам удалось…

— Нет, нет, это не ко мне. Ладно, что за кошки-мышки. Это сказал ­Андрей Гейм. Однажды он получил очередную премию, не помню какую. Я его поздравил и для пущей вежливости сказал фразу, что, «наверное, приятно осознавать, что ваш вклад в науку останется навсегда». Его реакция была такая: «О чем вы говорите, какое „навсегда“! Совсем скоро это всё закончится!»

— Как пессимистично… Речь идет о ядерной катастрофе?

— Я не знаю, о чем. Не думаю, что о ядерной катастрофе. Кстати, то, что снова стали обсуждать возможность ядерной катастрофы — это тоже «симптомчик». Нет, я думаю, это гораздо более глобальное ощущение какого-то тупика. Уже количество поводов, по которым хочется цитировать нашего замечательного министра иностранных дел — «дебилы, …», — растет очень сильно. Причем, в разных странах мира. Все страны в этом смысле равны, но есть те, которые равнее других. Понимание того, что дела идут совсем не так, как нам казалось, должны идти, сейчас есть у многих, наверное. 

— Что вы думаете о ситуации с наукой в России? Если говорить о научных и образовательных процессах?

— Я ничего не знаю. Я приезжаю в Россию, работаю здесь. Моего университета уже не существует. Есть Уральский федеральный университет, который возник в том числе и на основе моего. Я восстановил там формальную аффилиацию, я работаю также с физиками в Москве, в Сколково. Скажем, завтра у меня сначала доклад на математической конференции, а затем рабочий семинар в Квантовом центре в Сколково. Я работаю с разными людьми в России, работаю вполне успешно.

Могу сказать свое ощущение — про физику — это взгляд со стороны, я не задумывался об этом специально: есть хорошие люди, сильные в научном отношении, есть сильные группы, а единого физического сообщества не существует, оно полностью разрушено. Мне говорят, что с математикой ситуация лучше, что математики в России лучше самоорганизовались, что у них и развитое сообщество, и всё вполне процветает. Об этом я судить не могу.

Но с физикой ощущение, что есть хорошие группы, но их концентрация ниже, чем порог перколяции, порог протекания. Они не формируют единую структуру, не формируют сеть. То есть есть хорошие исследователи, интегрированные в мировую науку, активно вовлеченные в международное сотрудничество, за счет этого они делают важные, интересные вещи. Но именно той «сети», которая была в советской физике, в советское время (хотя и там не всё было хорошо, но было какое-то единое научное сообщество), сейчас нет.

— Думаю, что ваш вывод можно экстраполировать на всё научное сообщество.

— Этого я не знаю. Говорю, что математики утверждают, что там по-другому. Не могу об этом судить.

— Пишете ли вы что-то помимо научных статей? Может, работаете в области религиоведения?

— Я никогда в ней не работал.

— А к какой области знания можно отнести ваши труды по религии?

— Понятия не имею. Я об этом никогда не думал. Их издавали под рубрикой «Научно-популярные книги». Я думаю, что по жанру это трактаты в средневековом духе. Но сейчас такого жанра почти не существует. Почти. Хотя некоторые пишут лучше, чем я, мягко говоря. Так, у Станислава Лема «Сумма технологий» — это типичный трактат. И у нас с Валей Ирхиным, я думаю, трактат. Два трактата. Почти уже не существующий жанр. Конечно, это ни в каком отношении не профессиональная работа, никаких амбиций по вкладу в философию или богословие не было. Другое дело, что — про богословов не знаю, никто мне ничего не говорил, — но некоторые вполне профессиональные философы говорили, что с профессиональной точки зрения им было интересно читать эти книги.

— Задевают ли вас споры по теологии, что это наука или не наука?

— Я уже приводил универсальную цитату про «дебилов».

— А в какую сторону она направлена?

— В данном случае, честно говоря, во все. Я смотрю эти дискуссии — какая-то удивительная тема, никто ничего умного на эту тему не сказал. Если серьезно говорить — я думаю, что это очень печально, потому что, очень мягко — очень! — говоря, я думаю, что это не главная проблема, которая есть в российской науке, не главная проблема, которая есть в российском обществе. Но по разным причинам о главных проблемах люди не хотят или не могут дискутировать. Видимо, им страшно.

Я не хочу никого упрекать, мне бы тоже было страшно. Но возникает дурацкая ситуация, когда люди этот пыл и жар, которые предназначались для высказывания по более актуальным и злободневным вопросам, переносят на эту, во многом высосанную из пальца проблему, и впечатления тяжелые. Российская наука находится в совершенно катастрофическом состоянии, и говорить, что это из-за того, что в МИФИ открыли кафедру теологии…

— А что вам кажется самой важной проблемой? О чем бы вы считали нужным говорить?

— Что-то говорить уже, видимо, поздно, нужно расслабиться и сидеть в партере и наблюдать. Если говорить серьезно, то, конечно, речь об общественной атмосфере, о системе ценностей. Потому что этот принцип «я начальник — ты дурак…» и так далее, который любили цитировать в советское время, сейчас стал еще хуже. Он никуда не делся из российской жизни. Даже не неуважение друг к другу, а какая-то страсть к выстраиванию чисто формальных иерархий.

Да, это было и в советское время. Тогда очень многое определялось не научными достоинствами, а кто кого знает, какие группировки, какая-то борьба кланов. Сейчас, как мне кажется, стало еще хуже. Сейчас в науке и вокруг науки всё определяется критерием «важно или не важно», «поддержать или не поддержать». Кто хороший, кто плохой. Это совсем уже не завязано на научные достижения.

Мне кажется, что надо восстанавливать какую-то истинную, если угодно, иерархию. У меня опыт не уникальный, но редкий. Я дважды делал научную карьеру и продвинулся очень далеко. В советское время я был самым молодым доктором наук по физике, я был лауреатом премии Ленинского комсомола. Меня поддерживали, надеюсь, за научные заслуги, очень крупные физики многие. Мне было хорошо. Потом это всё рухнуло, и мне пришлось заново пробиваться в западном физическом сообществе. Есть с чем сравнить.

Одна вещь, страшная, состоит в том, что в СССР — и я очень боюсь, что в России сейчас то же самое или еще хуже — чем больше у тебя научных успехов, тем хуже к тебе относятся. Зависть, не зависть — не знаю. Но видно — как только у тебя что-то получается, никто не радуется, а наоборот.

— И в обеих системах такое?

— Нет, только в одной. Я живу в Нидерландах: да, мне там тяжело, язык не родной, сообщество функционирует совсем не на тех принципах, на которых я вырос… Но мне там хорошо, потому что я — хороший физик, и чем лучше у меня получается физика, тем лучше ко мне относятся. Это самое важное.

В России надо все-таки построить правильную систему критериев. Кто это будет делать и как? Не знаю. Никаких идей нет. Но правильная система критериев такова — поддержка, создание условий для работы для исследователя определяется его научными достижениями, а не странной «клановой» структурой, системой личных отношений и так далее.

Как это изменить — я не знаю. Потому что никакие политические изменения эту проблему не решат. Уберется одна прослойка — будут заправлять всем другие люди, но они готовы поддерживать в науке тех, у кого хорошо получается заниматься наукой? И не поддерживать тех, у кого это получается плохо? Смотреть только на это и не принимать во внимание какие-то другие факторы? Если этого не будет сделано, то ситуация безнадежна.

— Интересно, что универсализм — отношение к ученому по его научным заслугам — это же один из важных принципов этоса науки. Но, к сожалению, он не стал краеугольным камнем.

— В Нидерландах очень своеобразное общество. Оно очень непростое, далеко не всё просто, хотя, казалось бы, — разрешена марихуана, проституция, вообще всё разрешено. Нет, общество там очень непростое. Глупо пытаться там стать своим. Но оно очень прагматичное. Если ты хорошо работаешь, то это воспринимается, что ты молодец, это хорошо для твоих коллег, для факультета, для университета, для страны, и тебя поддерживают.

— А популяризация науки входит в ваше понимание того, что необходимо вам делать?

— Да. Другое дело, что я во времени ограничен, но если меня просят, я этим занимаюсь. Одно время после Спинозовской премии я был довольно популярен в Нидерландах, про меня много писали в газетах, звали разные лекции читать.

— Вас узнают на улицах?

— Не знаю… Ну, наверное, в своем районе узнают. Не потому, что я какой-то такой ученый, а просто потому, что там все друг друга узнают. Но Неймеген — это же город, в котором университет играет большую роль, это университетский город. Может быть, узнают люди, которые имеют отношение к университету, а таких людей в Неймегене много. Я с удовольствием читаю всякие популярные лекции. Например, в Нидерландах есть такая организация, которая объединяет тех, кто пишет о науке: научных журналистов, работников пиар-отделов университетов. Раз в год она проводит общее собрание, и я там прочитал лекцию «Ученые и общество: проблемы на интерфейсе».

— А на русском вы могли бы такое прочитать?

— А вот на русском меня не просят, вот в чем дело. Особого интереса к своей скромной персоне в России я не замечаю совершенно.

— Просто вас трудно здесь застать.

— Нет, думаю, что не только поэтому. Думаю, что все-таки то, что осталось в России от научного сообщества, организовано исключительно клановым образом, а поскольку я не принадлежу ни к какому клану, меня не существует. Я думаю, что дело в этом. Я без обиды, но воспринимаю это как некий симптом неправильной системы.

Мои друзья Андрей Гейм и Костя Новоселов получили различные степени и награды в Нидерландах — ладно, один из них гражданин Нидерландов, а другой только лишь делал диссертацию в нашем университете — а в России? Хоть бы грамоту какую дали, как в СССР. Костя Новоселов — из Нижнего Тагила. Он — один из самых молодых Нобелевских лауреатов по физике за всю ее историю. Спросите любого, что пишут про Нижний Тагил? Пишут или про «разборки», или про Уралвагонзавод, всякую связанную с этим политику. Могу предположить, что, родись Костя в маленьком городке в Нидерландах, бюст на родине героя, может, там не поставили бы, но всячески бы подчеркивали, что он — их земляк. А поскольку Костя не принадлежит ни к одной из местных группировок, то он практически не существует для России.

— Он — настоящий патриот Физтеха.

— Не знаю, какой он патриот Физтеха, но могу сказать про отношение — не только к себе. Научные достижения здесь никого не интересуют, здесь интересует система координат «свой-чужой». А поскольку мы все, особенно те, кто поумнее, в эти игры не играем и стараемся от этого держаться подальше, потому что это прямой путь в нехорошие места, то…

— Завершая интервью, спрошу: если вы получили премию Спинозы, то наверняка знаете, в чем смысл жизни?

— Нет. Мне премию дали не за это. А вообще, конечно, про смысл жизни я знаю, но не скажу. Потому что то, что я скажу, для вас будет бесполезно. Вы должны сами его понять.

— Вам кажется, что у каждого свой смысл?

— Мне кажется, что это тот самый вопрос, на который человек должен попытаться сам ответить. Но я думаю, что правильные ответы одинаковые для разных людей, в этом смысле я не думаю, что он (смысл) у каждого свой. Я думаю, ответ один, но каждый должен найти его самостоятельно.

— Замечательно, спасибо большое.

Михаил Кацнельсон
Беседовала Наталия Демина

1. Mikhail I. Katsnelson, Yuri I. Wolf, Eugene V. Koonin // Physica Scripta 93, 043001 (2018). iopscience.iop.org/article/10.1088/1402-4896/aaaba4. 
ArXiv version: arxiv.org/abs/1709.00284

2. Рубаков В., Штерн Б. Антропный принцип // ТрВ-Наука № 262 от 11 сентября 2018 года, с. 1–2.