Оригинал материала
Демон Максвелла или некорректный пиар?
В ТрВ-Наука № 236 от 29 августа 2017 года была опубликована статья М. Фейгельмана, где он обращает внимание на распространенное явление — недобросовестный пиар ученых, завышающих значимость своей работы при общении с журналистами. В качестве одного из примеров приводилось интервью Гордея Лесовика, где высказано утверждение о возможности нарушения второго начала термодинамики в системе нескольких кубитов. В редакцию поступил ответ Г. Лесовика на статью Фейгельмана. Раз уж возник принципиальный спор, мы запросили мнение у трех научных работников, включая одного из тех, кто был рекомендован Гордеем Лесовиком. Содержательный ответ мы получили только от одного — Алексея Иоселевича. Мы полностью публикуем статью Г. Лесовика и комментарий А. Иоселевича в онлайн-версии ТрВ (в бумажной газете приведены фрагменты ответа и комментария). Ниже публикуем комментарий Алексея Иоселевича.
Обман трудящихся без популяризации науки
Гордей Лесовик, докт. физ.-мат. наук, МФТИ:
Вообще-то мне кажется, что проблема в целом в сильной степени высосана из пальца, потому что число (здоровых) людей внутри научного сообщества, включая студентов, слепо доверяющих каждой букве пресс-релизов и особенно их многочисленным искаженным перепечаткам, стремится к нулю.
Цель пресс-релизов состоит в том, чтобы привлечь внимание к публикациям, ну а потом читатель уже должен самостоятельно судить о содержании статей. Чрезмерно «рекламный» стиль текстов может, конечно, раздражать и раздражает очень многих ученых (особенно «советской закалки»), но тут уж нужно начинать с начала, а именно с навязанного всем нам стиля журналов группы Nature, обновленного PRL и т. д.
Что же касается достоверности текстов, есть и другие проблемы, достаточно важные, на которые стоит обратить внимание. Одна из проблем состоит в том, что даже в таких монументальных и авторитетных трудах, как, например, курс теоретической физики Ландау и Лифшица (ЛЛ) всё еще содержатся неточности. А эти курсы воспринимаются многими как абсолютно непререкаемые. Вот «освежением» этих основ было бы крайне полезно заняться.
Приведу пример, мне хорошо знакомый. В 5-м томе ЛЛ («Статистическая физика») [1], когда в квантовом случае рассматриваются корреляторы физических величин на конечных частотах, утверждается, что измеримым является симметризованный коррелятор. В действительности это почти всегда не так. Измеримым в типичном случае является несимметризованный коррелятор, связанный с испусканием либо поглощением кванта энергии на заданной частоте. Когда ряд групп, в том числе наша, получили теоретически такой результат [2], представители «старой школы» клялись на ЛЛ5 и никак не могли такого принять (ряд сделанных впоследствии работ, в том числе экспериментальных, подтвердил теорию).
Другая проблема: насколько мне известно, нет никакой программы поддержки улучшения статей на научные темы в русскоязычном сегменте «Википедии», которой вся молодежь поголовно пользуется. Минобрнауки, РАН, да и сами научные работники в частном порядке, особенно при наличии молодых коллег, аспирантов и студентов, вполне могли бы этим заняться поактивнее.
Вместе с тем можно указать и на вполне удачные примеры среди научно-популярных изданий, например в «ПостНауке», где профессиональным ученым дается возможность спокойно высказать свою точку зрения ровно так, как они (авторы) это считают нужным, есть и другие примеры, и их, в общем-то, немало. Часто это получается вполне интересно.
Теперь я, однако, вынужден обратиться к деталям статьи «Популяризация науки и обман трудящихся», касающихся меня лично и моих соавторов. Написана статья сотрудником одного из институтов РАН М. В. Фейгельманом. Нет необходимости уточнять какого именно, поскольку реноме того института М. В. Фейгельман никак не украсил, скорее наоборот. Было выплеснуто изрядное ведро недоброкачественных претензий и общего и частного характера, причем с нарушением этики и практики дискуссий, принятой в научном сообществе, в частности в научных журналах. Давать место бойкой критике, не предлагая критикуемым ответить в том же выпуске, как-то неправильно. Теперь, хотя и с запозданием, возможность ответить предоставлена, и я отвечу на высказывания М. В. Фейгельмана и постараюсь прояснить их происхождение.
По моему мнению (и мнению моих соавторов), «обманом трудящихся» как раз занят никто иной, как М. В. Фейгельман. В своей статье он призывает читателя «следить за руками». Ну давайте следить. Первый момент: пресс-релиз от МФТИ по нашей статье появился в январе. И только в самом конце августа появилась статья М. В. Фейгельмана в ТрВ-Наука. Этот момент важен, но уже был прокомментирован ранее в [3], и по предложению редакции ТрВ мы не будем повторяться.
Далее. М. В. Фейгельман обвиняет нас в несоответствии текста пресс-релиза тексту публикации и пишет: «Это пример двухходовки: статья в журнале — про одно, а ее реклама — про другое».
Давайте сравним. Начнем с аннотации к пресс-релизу (МФТИ): «Закон неубывания энтропии в замкнутых системах, который является одной из формулировок знаменитого второго начала термодинамики, может нарушаться: как оказалось, в квантовых системах энтропия может убывать, выяснила международная группа ученых под руководством… Гордея Лесовика. Результаты исследования опубликованы в журнале Scientific Reports».
А теперь заглянем в аннотацию к оригинальной статье [4]: «We discuss the manifestation of the second law of thermodynamics in quantum physics and uncover special situations where the second law can be violated». Как видим, ключевое утверждение из аннотации передано в пресс-релизе вполне точно.
Идем далее. Цитата из статьи М. В. Фейгельмана: «Подведем итог: результативно статья Г. Б. Лесовика и др. в Sci.Rep. сообщает, что в системе из одной частицы энтропия иногда (если постараться) может и чуть-чуть уменьшиться, но в системе из многих частиц такого никак не происходит. Никакого сюрприза — и первое, и второе давно известно». Это голословные утверждения, сводящиеся к тому, что в статье нет никакой новизны, при этом никаких подтверждений тому не предъявлено. О «первом»: во-первых, нам неизвестно, кем этот факт был обнародован до нас. Если М. В. Фейгельману известно, то отчего бы ему не написать комментарий в тот же реферируемый журнал (как это принято в научном сообществе) и получить там же ответ авторов.
Такие вещи нужно доказывать с фактами на руках, а не пользоваться возможностью свободно писать, что заблагорассудится, в околонаучных популярных изданиях. На тему о наших результатах по квантовой термодинамике, в частности о том, что второй закон в квантовых системах может нарушаться, я выступал неоднократно и на семинарах, и на конференциях, и никогда ни с какой критикой этих результатов М. В. Фейгельман (вполне имея такую возможность) не выступал. Отказался он и от обсуждения в переписке.
Во-вторых, уже к моменту выхода упомянутого релиза вышла и вторая статья [5] с продолжением наших исследований, где описывалась ситуация с максимально возможным уменьшением энтропии для одного или двух кубитов, а к появлению статьи в ТрВ и новый пресс-релиз МФТИ на эту тему был уже давно опубликован, что М. В. Фейгельманом, очевидно, намеренно замалчивается. И понятно почему – ведь тогда не выйдет громкой истории, и всё, что останется, – это пожелание в пресс-релизе более точно указывать, что относится к содержанию данной статьи, а что есть полученный, но не опубликованный (или изложенный в готовящейся статье) результат.
Про второе: доказательство на том уровне строгости, на каком это сделано у нас, ранее также опубликовано не было. Если бы такое доказательство было известно до нашей публикации, то не было бы и предмета самой публикации. У нас есть общий результат, на основе которого мы разбираем все дальнейшие примеры в нашей работе [4].
Далее – следующая цитата из статьи М. В. Фейгельмана: «Теперь вернемся к пресс-релизу, где сказано: «…ученые обнаружили условия, при которых второй закон термодинамики может локально нарушаться. Это может происходить в квантовых системах относительно небольшого, но макроскопического размера — сантиметры и даже метры». Эта ключевая для всего текста релиза фраза представляет собой прямую ложь… Ничего подобного авторы не обнаружили, и в своей статье в Sci. Rep. они этого не заявляли. И вряд ли в противном случае им бы удалось опубликовать статью. В самом деле, в «системе размером в сантиметры» обычно имеется порядка N ~ 1023 частиц. Это очень большое число, и никаких шансов на уменьшение энтропии в замкнутой системе такого размера авторами не предложено. Даже и для куда меньшего N ~ 104 частиц тоже невозможность создания квантовых холодильников и двигателей нового типа». Подчеркнем: всё, что имеется в исходной статье в Sci. Rep. про уменьшение энтропии в большой замкнутой системе, — это намерение авторов в будущем изучить такую возможность».
Первая часть в абзаце («ученые обнаружили условия, при которых второй закон термодинамики может локально нарушаться») является строгим утверждением, содержащимся в статье [4], так что ложь – у М. В. Фейгельмана. Вторая часть действительно не содержится в первой статье, но достаточно подробно описана в статье [5], опубликованной в декабре 2016 года. А в еще более полном виде обсуждалась на конференции [6] (т.е. по сути эти утверждения сделаны публично на научном мероприятии), где М. В. Фейгельман присутствовал. Соображения, приведенные в тексте М. В. Фейгельмана, о числе Авогадро уместны для физика XIX, но никак не XXI века. Сверхпроводящий кубит имеет размеры в доли миллиметра, состоит из огромного количества атомов, но при этом при очень низких температурах обладает эффективно всего одной степенью свободы (все остальные «вымерзают»). То же самое относится к резонатору размером в сантиметр.
Соответственно для таких систем уменьшение энтропии в энергетически изолированной подсистеме вполне может происходить. Это было продемонстрировано для системы кубит + резонатор [7] и нашей группой на открытом для публики квантовом компьютере IBM. Статью с деталями вычислений и экспериментов на квантовом компьютере IBM мы рассчитываем в ближайшие месяцы опубликовать (пресс-служба МФТИ будет держать читателей в курсе соответствующих новостей). Можно также рассматривать систему двух взаимодействующих сверхпроводящих кубитов, соединенных микроволновым резонатором, длина которого достигает нескольких метров. Такую конструкцию в настоящее время изготавливает проф. А. Вальрафф (A. Wallraff, ETH Zurich) с коллегами для демонстрации нарушения неравенств Белла.
Подытоживая, в качестве сухого остатка выделим пожелание в пресс-релизе более точно разграничивать, что относится к содержанию данной статьи, а что есть полученный, но не опубликованный результат. Скажем, с случае «метров» можно было бы написать так «и даже метры (более детальные оценки размеров рассмотрены в готовящейся публикации)» Этим на мой взгляд исчерпываются возможные разумные пожелания к упомянутому пресс-релизу. Это, однако, не более чем рабочие редакционные поправки – любой текст может быть улучшен. Речь об обмане не идет, речь о выдавании желаемого за действительное не идет, речь идет о том, что о полученных, но неопубликованных результатах сказано полпредложения (при этом ясно, что в формат коротких релизов такие уточнения вписываются плохо). Стоит ли это извергнутого М. В. Фейгельманом пафоса? Вряд ли.
Посмотрим теперь на критику второй статьи, обсуждавшейся в NYT. Вся тональность этой критики не просто апеллирует к конкретной статье, а взывает к неприятию всякого упоминания темы струн, теории поля и т.д. в рамках исследований по конденсированным средам. При этом М. В. Фейгельман опять же не является специалистом по теории поля или черным дырам, или теории струн, как не является специалистом и по теме первой статьи — квантовой термодинамике (что легко проверяется по списку публикаций).
Приведем цитату из статьи М. В. Фейгельмана: «Существует целый класс подобных веществ, они называются «вейлевские полуметаллы». Авторы измерили электропроводность этого вещества…» «Но в экспериментальной статье там и здесь упоминаются явления со звучными названиями, не имеющие отношения к полуметаллу NbP, а «гравитационная аномалия» выносится даже в заглавие статьи.» И, наконец, вывод «Увы, движение электронов в NbP не имеет на самом деле никакого отношения к черной дыре».
А теперь прочитаем фразу, например, из аннотации статьи [8]:
«While the type-I and type-II Weyl points allow us to simulate the black hole event horizon at an interface where g00 changes sign, the type-III Weyl point leads to effective spacetimes with closed timelike curves…»
Итак, Г. Е. Воловик с соавтором пишут, что очень даже вейлевские точки позволяют имитировать горизонт черных дыр (в данной части фразы собственно имеется в виду статья [9]). Я не знаток NbP и не готов всерьез судить, что там происходит в соответствующем эксперименте. Однако утверждений из статей [8,9] упомянутых уважаемых авторов для меня достаточно, чтобы принять к сведению, что аналогичность поведения вейлевских полуметаллов и черных дыр, и иных объектов вполне возможны, нравится это кому-то или нет. В деталях стоит поразбираться. И если кто-то с чем-то не согласен, писать профессиональные комментарии или опровержения в журнал. И получать профессиональные ответы.
Еще цитата: «И неважно уже, что теория струн строится для 11-мерного (или более) пространства, а полуметалл существует в нашем обычном, трехмерном».
Сетования про размерность как таковую не совсем понятны – в теории струн способы свернуть размерность до обычной не просто существуют, а их много, даже слишком (и в этом есть определенная проблема). Но это так, мои поверхностные замечания неспециалиста, призванные лишь подчеркнуть, что агрессивная пропаганда и насаждение буквалистского подхода в физике выглядят диковато и, в конечном счете, непрофессионально. Эдак можно далеко зайти и начать, например, заявлять, что поскольку гелий — это одно, а алюминий — совершенно другое, то нечего говорить ерунду о том, что их низкотемпературное поведение может иметь что-то общее, ну, скажем, происходит (о! опять эти «громкие слова!») фазовый переход второго рода.
Наконец, в финале статьи М. В. Фейгельмана мы обнаруживаем прямо-таки апокалиптические предсказания. Процитирую: «С течением времени всё большая часть сочинений, как бы популяризирующих науку, будет состоять из фальсификаций. Массовый продукт, лишенный критериев быстрой оценки качества, на это обречен. Вопрос лишь в том, будет ли параллельно существовать и другая, честная и надежная, популяризация науки. Она может выжить, если найдется заметное количество ученых и научных журналистов, которые в этом заинтересованы и научатся друг другу помогать. Те журналисты, которые искренне хотят писать о реальных достижениях науки, а про bullshit писать не хотят, нуждаются в помощи научных работников, которые способны в своей области компетенции отличить одно от другого. Конкретные идеи о том, как это можно устроить, имеются».
Итак, мрачная картина, набросанная М. В. Фейгельманом, по его мысли может быть украшена, если следовать его конкретным идеям. Однако уже само качество и стиль того, что он написал, вызывает огромные сомнения и в «честности», и в «надежности». Что можно было бы ожидать – это давления через СМИ, попыток введения твердых запретов различного рода и административного воздействия. Такие попытки делались М. В. Фейгельманом и в рамках того института, в котором я до недавнего времени трудился, и за пределами, в виде написания писем начальству в институт в США, в котором трудятся мои соавторы. Так что лучше обойтись без этих «конкретных идей», в силу их чрезмерной «конкретности».
Текст согласован с соавторами статьи [4].
Комментарий
Алексей Иоселевич, докт. физ.-мат. наук, вед. науч. сотр. ИТФ им. Ландау:
В последнее десятилетие получено много интересных результатов, использующих понятие энтропии квантовой системы с малым числом степеней свободы. Некоторые из этих результатов вполне аналогичны соответствующим формулам и теоремам из стандартной макроскопической термодинамики, некоторые — нет. Именно ко второму типу относятся результаты группы Г. Б. Лесовика с соавторами [4, 5], которые рассматривали систему из малого числа кубитов и пришли к заключению, что в такой системе квантовая энтропия при определенных условиях может уменьшаться.
Это интересное заключение, однако, еще не означает нарушения второго начала термодинамики — например, возможности построения тепловой машины, переносящей тепло в макроскопических количествах от холодного тела к горячему без дополнительной затраты энергии. Для такой возможности было бы необходимо исследование замкнутой системы из очень большого числа N взаимодействующих между собой кубитов и доказательство того, что энтропия в такой большой системе тоже уменьшается, причем это уменьшение пропорционально N. Этого в обсуждаемых работах (да и ни в каких других, насколько мне известно) сделано не было.
Если бы такое сделать удалось, то это было бы действительно гигантским переворотом во всей физике. Лично я, как и большинство других ученых, думаю, что это невозможно, но строго могу утверждать только, что в настоящий момент возможность построения макроскопической тепловой машины, нарушающей второе начало термодинамики на принципах, изложенных в работах [4, 5], не доказана.
Поэтому позиционирование обсуждаемой работы как некоторого «анонса» нарушения второго начала термодинамики, некорректно. Именно на это указывал М. В. Фейгельман в своем комментарии. Говоря о макроскопической системе, разумеется, он имел в виду большое число участвующих в процессе степеней свободы, а не большие геометрические размеры установки. Попытка представить дело так, что макроскопичность системы определяется не числом активных степеней свободы, а размерами железного ящика, в который она помещена, ничего, кроме недоумения, не вызывает.