В июне сего года Институт вычислительной математики и математической геофизики (ИВМиМГ)  отмечал полувековой юбилей. В связи с этой датой ученый секретарь ИВМиМГ Михаил Марченко рассказал об основных вехах истории института, этому были посвящены соответствующие статьи, размещенные на нашем сайте. Сегодня продолжение разговора уже о конкретных научных направлениях работы ИВМиМГ СО РАН.

- Михаил Александрович! В предыдущих публикациях была дана общая характеристика основных научных направлений, которые сегодня развиваются в институте. Теперь хотелось бы конкретно поговорить об отдельных направлениях исследований, о которых, на мой взгляд, лучше всего могут рассказать ученые, которые ими занимаются. Поскольку мы беседуем с вами, то предлагаю вам и открыть этот цикл бесед. Поэтому такой вопрос: ваш основной научный интерес?

- Если коротко: метод Монте-Карло.

- Для абсолютного большинства людей Монте-Карло – это центральная часть Монако, карликового государства, находящегося на берегу Лигурийского моря, недалеко от французской Ниццы. А также это одноименное знаменитое на весь мир казино. А что такое «метод Монте-Карло» в математике?

- Метод Монте-Карло или методы Монте-Карло (ММК) – общее название группы численных методов, основанных на получении большого числа реализаций случайного процесса, который формируется таким образом, чтобы его вероятностные характеристики совпадали с аналогичными величинами решаемой задачи. ММК используется в различных областях практически всех естественных наук, а также в экономике, теории управления и ряде других сфер.

- Если вспомнить арию из известной оперы: «Вся наша жизнь – игра». А где игра, там огромную роль играют случайности или, как говорил один азартный игрок Наполеон Бонапарт,  «Случай правит миром».  Отсюда и широкая применимость этого метода, а поскольку символ казино – рулетка, этот старейший «генератор случайных чисел», название метода логично. А можно хотя бы коротко об истории его становления в математике?

- Возникновение ММК связано с более общим процессом создания математического аппарата стохастических (случайных) методов. Кстати, в их становление большой вклад внесли российские и советские математики.

Первоначально появление ММК было связано с математическим обеспечением американского атомного проекта. Годом рождения метода принято считать 1949, когда появилась статья двух американских математиков, соответственно греческого и польского происхождения, Николаса Метрополиса и Станислава Улама под названием «Метод Монте-Карло».

Метод Монте-Карло можно определить как вычислительный подход, который позволяет путем компьютерного моделирования вычислять интегральные характеристики, например, математические ожидания, каких-то случайных величин. А за этими величинами уже могут стоять физические, химические, биологические, экономические объекты и процессы. Быстрое становление и бурная экспансия ММК в различные сферы науки связаны с началом широкого использования ЭВМ и компьютеров, а затем и суперкомпьютеров. Без применения вычислительных возможностей компьютерной техники ММК вряд ли смог бы получить широкое распространение. Во всяком случае, конкретно свою работу, вычислительно сложные вероятностные задачи, без долгого моделирования на суперкомпьютерах представить не могу. Ведь даже при тех мощностях, которые имеют современные суперкомпьютеры, решение некоторых задач занимает не один день. Не представляю, как это все можно было бы обсчитывать на персональных компьютерах. Так что ММК – это во многом один из результатов компьютерной революции, и по мере развития компьютерных технологий возможности и границы его применения будут расширяться.

- Это, наверное, естественно. Чтобы просчитывать вероятности, случаи нужны нечеловеческие вычислительные возможности. А что такое случай с точки зрения математики?

- Могу ответить именно как специалист по вычислениям. Хотя про определение случайности физики могли бы ответить иначе, а вопрос это скорее философский. Я рассматриваю искусственную случайность – когда объект со сложным вероятностным распределением алгоритмически получается из ряда величин с самым простым распределением, а именно, с равномерным распределением на интервале от нуля до единицы. Итак, берем программу, которая, как последовательность операторов, естественно, не случайна, но она на выходе дает числа, которые практически неотличимы от случайных. То есть, если мы будем это делать раз за разом, то у нас выстроится из случайных чисел определенная закономерность, что есть проявление так называемого закона больших чисел.

В отличие от обыденного, житейского понимания случайности, в вычислительной науке мы можем многократно повторять эксперимент, математически моделировать различные ситуации, и тогда случайное начинает выстраиваться в нечто закономерное.

- Получается, что то, что мы в жизни называем случайностью, – это всего лишь результат ограниченности нашей жизни, наших возможностей и нашего опыта, иначе говоря, жизнь – не суперкомпьютер и миллионы вариантов в ней невозможны?

- Возможно и так. Но это уже сфера философии. А для меня, как специалиста по математическому моделированию, случайность – это то, что есть результат работы специальной вычислительной программы.

(Продолжение следует)

Юрий Курьянов

Мне как-то рассказали про одного академика-биолога из Новосибирска. Он страшно обижается, если с ним начинают говорить о внедрении научных достижений. Вроде бы все правильно: коммерциализация технологий, внедрение в промышленность, наука на службе народного хозяйства… Но академик начинает беситься и кричать: «Это вы своим бабам “внедрять” будете! А я — наукой занимаюсь. И мне плевать, внедрится это куда-то или не внедрится!..»

Грубый этот академик. Очень грубый и очень несовременный. Хоть и говорят о нем, что он лучший генетик планеты. Потому что есть генеральная линия: наука должна помогать модернизации. А модернизация — это очень хорошо, ибо она поднимет Россию с колен и поставит в какую-то другую увлекательную позу.

Большинство других академиков уже встали на путь прогресса. Вот есть один физик из Дубны. Титулованный-претитулованный, знаменитый-презнаменитый. Говорят, еще немного — и Нобелевку дадут. С такими регалиями даже грубость кажется простительной. Но он, наоборот, очень вежливый. А когда его спрашивают о прикладном аспекте его работ, он становится не то что вежливым — каким-то оправдывающимся.

Вроде бы человек делает вполне понятную вещь — создает новые элементы таблицы Менделеева и изучает их свойства. Новый химический элемент ценен сам по себе, как сонет Шекспира или фрески Рублева. В народном хозяйстве толку от него мало, поскольку живет он всего долю секунды, да и то в количестве нескольких атомов.

Но академик-физик начинает объяснять, что вложения в фундаментальную науку — это не просто трата денег ради познания. Иногда случается полезный побочный продукт. Вот занимались европейские физики чем-то таким глобальным и для удобства соединили компьютеры в единую сеть, размеченную гиперссылками. Так получился современный интернет.

Вроде бы все логично. Но представьте, что какая-нибудь прима-балерина начнет оправдываться: конечно, мол, мои танцы не имеют прикладного характера, но зато мы способствуем развитию технологий производства бальных пачек и пуантов. А какой-нибудь художник начнет хвастаться, что благодаря его работам, которые только что купил Лувр, удалось сделать прорыв в химическом производстве фиолетовой краски.

Почему писатели, журналисты, танцоры, певцы, режиссеры и прочая бесполезная публика имеют право работать «просто так», а ученый обязан отчитываться о прикладном значении своей работы?!

Еще в советские времена в любой диссертации должна была обязательно присутствовать глава «Практическая значимость работы». Люди научились высасывать из пальца эту «значимость», даже когда они исследовали тахарский язык или египетскую мифологию. Все понимали условность этого текста. Но сейчас формальность превратилась в краеугольный камень научной политики. Вот, к примеру, решил Минобраз поддержать ученых, в первую очередь молодых. Хорошее дело. Программу назвали «Научные и научно-педа­гогические кадры инновационной России». То есть если эти кадры работают не для «инновационной России», а просто так, то денег им не положено.

Хуже всего получается, когда эта потребительская рамка накладывается на гуманитарные науки. Психология — прекрасная штука. Человек пытается понять сам себя. Можно сказать, наука наук. Но требование практического результата превращает открывателя тайн души в унылого менеджера по персоналу или консультанта по рекламе женских прокладок.

Или история. Наука древняя и не менее строгая, чем квантовая физика. Только когда историк начинает задумываться о пользе для инновационного отечества, получается какая-то проституция. Какой практический смысл в истории? Правильно, национальная гордость. И прошлое начинает рихтоваться под очередные патриотические задачи. Получается, конечно, вранье, но зато — с «внедрением».

Ученые тут как-то установили, что наш геном отличается от генома шимпанзе всего на несколько процентов. Кстати, сделали они это тоже без особого практического смысла, хотя при желании его можно придумать. Так вот, мне кажется, именно в этих процентах и прячется стремление познавать мир не ради наполнения желудка или убийства сородича, а просто ради познания.

Если вы отъедете за город, в любое село или даже в крупный поселок, вам наверняка попадется на глаза одна деталь, отсылающая нас к далекому прошлому, – поленница дров. Да-да, за сотни лет кое-где в нашей области ничего в этом отношении не изменилось: печи топят (или растапливают) обычными дровами, дрова готовят загодя, распиливая бревна и раскалывая чурки старым дедовским способом.

Многих из нас такая картинка ничуть не смущает. Не смущает она даже экологов. Древесина вообще считается вполне экологичным топливом – в отличие, например, от более доступного угля. Сажи и серы при горении поленьев выбрасывается немного, и главное – от них не остается шлака. Ну и потом, утверждают экологи, лес – ресурс возобновляемый, растущий сам по себе естественным образом.

Так-то оно так, только дерево сгорает в топках за считанные часы, а расти ему нужно несколько десятилетий. Вот если бы растения восстанавливались каждый год: срубил под зиму, а к следующей зиме опять наросло…

Похоже, конечно, на утопическую фантазию. Тем не менее, подобные возобновляемые источники существуют. Речь, конечно, идет не о деревьях. Зато есть другие растения с нужными свойствами – они хороши именно в виде топлива, и при этом возобновляют свою биомассу ежегодно.

Одно такое растение «приглянулось» специалистам ИЦиГ СО РАН. Речь в данном случае идет о мискантусе – многолетнем травянистом растении, известном у наших дачников как «декоративный злак» или как «китайский тростник». Мискантус, действительно, с виду чем-то напоминает тростник. Но ценность его – с точки зрения утилитарного использования – отнюдь не в эстетических достоинствах, а в том, что оно обладает буйным ростом, а его стебли содержат приличное количество целлюлозы. Иначе говоря, из мискантуса можно получить неплохое топливо, причем – в больших количествах и не очень дорого.

Несмотря на то, что это растение ассоциируется с теплыми странами, оно неплохо растет и в наших сибирских краях. По словам заведующего лабораторией молекулярных технологий ИЦиГ СО РАН Сергея Пельтека, мискантус вполне пригоден для культивации в условиях Новосибирской области. При этом его урожайность может достигать 75 тонн с гектара, что после сушки даст нам 15 тонн целлюлозосодержащего сырья.

Собственно, целлюлоза, – это именно то, ради чего наши ученые предлагают культивировать это растение, которое должно стать полноценной альтернативой хлопчатнику. Напомню, кстати, что в Советском Союзе хлопчатник культивировали в огромных количествах не ради производства тканей, а именно ради целлюлозы. Это было во всех смыслах стратегическое сырье. Целлюлоза шла на производство бумаги, красок, клея, строительных материалов. Но главное ее предназначение заключалось в производстве пороха. В Советском Союзе, как мы знаем, снаряды, патроны и ракеты производились в гигантских количествах, для чего хлопчатник был крайне необходим (ради него даже не пожалели Аральского моря, загубленного из-за ирригационной системы, предназначенной для орошения хлопковых плантаций).

После распада СССР Россия оказалась отрезанной от данного стратегического сырья. И теперь эту брешь должен – по мысли сибирских ученых – заполнить мискантус. Ведь тонна целлюлозы, как заметил Сергей Пельтек, может стоить дороже тонны зерна.

И не исключено, что сельскому хозяйству Новосибирской области будет выгоднее перейти на этот «декоративный злак», нежели соревноваться с алтайскими производителями на хлебных нивах. Алтайцам мы по производству качественных зерновых точно проиграем (не говоря уже о кубанцах или белгородцах). Так что выпуск «стратегического сырья» будет весьма разумным выбором. А если к этому делу подключить еще и генную инженерию, то перспективы вырастают головокружительные.

Правда, надо понимать, что технологии извлечения целлюлозы и ее переработки требуют дальнейшего совершенствования. Так, например, мискантус неплох в качестве сырья для производства биоэтанола. Сегодня это очень модное направление. Но в данном случае речь идет о глубокой переработке сырья. А здесь нужны не только совершенные технологии, но и приличные масштабы возделывания указанной культуры. Допустим, вы готовы предложить это сырье какому-нибудь целлюлозно-бумажному комбинату. Скажем, для производства бумаги. Допустим, сырье у вас хорошее. Однако речь здесь идет не только о качестве, но и о количестве. Для целого комбината сырья потребуется много. А где вы столько возьмете, если данная культура еще не прижилась на наших полях, и в начале сырья будет совсем немного? С чего же тут начинать, что даст импульс для массового выращивания этого растения?

Вот здесь-то как раз и ставится вопрос об использовании мискантуса в качестве обычного твердого топлива, способного заменить не только дровишки, но и уголь. Сергей Пельтек не видит никаких сложностей в том, чтобы на начальных этапах, когда площади под выращивание мискантуса будут не очень большими, пустить его  на производство топливных гранул – так называемых пеллет. По сути – разнообразив тем самым ассортимент подобных товаров.

Пеллеты потихонечку начинают применяться не только в частных домах, но и в малой энергетике. Делают их в основном из древесных опилок. Пеллеты же из мискантуса могут оказаться намного лучше, поскольку практически не содержат смол, и лигнина в них меньше в три-четыре раза (в отличие от древесных опилок).

И как показали испытания, проведенные в лаборатории ИЦиГ СО РАН, горят они прекрасно, без всякой копоти, почти как природный газ.

Кстати, лет пять назад, когда специалисты ИЦиГ СО РАН только начинали работать с этим растением, они обращались к руководству области, чтобы те обратили внимание на возможность культивации мискантуса в качестве возобновляемого топлива. Ответа в Институте так и не получили. Возможно, чиновники  не осознали до конца важности этой идеи. Ведь мы тогда считали себя «энергетической державой», сделавшей нефть и газ своими «священными» символами. Кстати, многие чиновники по сию пору молятся на нефтегазовую отрасль. И в контексте этой идеологии рассуждения о какой-то «травке», способной-де стать стратегическим сырьем, кажутся провинциальным бредом. А зря.

Пока мы с остервенением бурили скважины на Севере, в благополучных европейских странах стали всерьез заниматься культивацией растений, из которых можно получать топливные гранулы. В Скандинавии, например, экспериментируют с ивой. Мискантус также не избежал внимания со стороны европейских ученых. В общем, наши специалисты (в чем мы неоднократно убеждались) всегда идут в ногу со временем. К сожалению, чиновники и политики отстают от них минимум на столетие.

Олег Носков

Осложнение отношений России и Запада практически не сказывается на реализации проекта по созданию экспериментального термоядерного реактора (ИТЭР, ITER - International Thermonuclear Experimental Reactor). Об этом заявил в Рабате в интервью корреспонденту ТАСС президент Национального исследовательского центра "Курчатовский институт", почетный секретарь Общественной палаты (ОП) РФ академик Евгений Велихов.

В столице Марокко он принимает участие во главе делегации ОП РФ в работе международной конференции "Лучшие практики развития гражданского диалога и демократии участия в целях повышения эффективности государственного управления" в качестве президента Международной ассоциации экономических и социальных советов и схожих институтов (МАЭСССИ).

Как считает Велихов, "ИТЭР - это очень важный и нужный проект, поскольку потребление энергии во всем мире растет". При этом он обратил внимание на то, что "наметившееся в последнее время осложнение отношений России и Запада практически не сказывается на реализации проекта по созданию экспериментального термоядерного реактора".

"ИТЭР - это семь равных участников-партнеров в лице России, Евросоюза, Индии, Китая, Республики Корея, США и Японии, - отметил Велихов, являющийся членом международного совета ИТЭР. - Площадка реактора уже построена, идет процесс строительства зданий, разработки и создания оборудования".

По его словам, "ИТЭР - это технологическая платформа, на которой будут отрабатываться все физические и инженерные решения для стационарного получения высоких температур". "В ходе реализации проекта применяются совершенно новые технологии - например, высокотемпературный сверхпроводник ниобий-олово", - сообщил собеседник ТАСС.