В память о друге — Борисе Зельдовиче

В декабре прошлого года после тяжелой и долгой болезни умер замечательный российский физик Борис Яковлевич Зельдович. 23 апреля исполнилось 75 лет со дня его рождения. Специалист в области физической и нелинейной оптики, он был членом-корреспондентом РАН, лауреатом Государственной премии СССР и премии имени Макса Борна, The Optical Society Fellow. А нам посчастливилось знать Бориса с другой стороны, лично и близко, — мы вместе выросли в доме сотрудников Института химической физики, с которым связана жизнь наших родителей, и сохранили дружбу с ним на всю жизнь.

Детство и юность Бориса

Борис родился в семье замечательных физиков — Якова Борисовича Зельдовича и Варвары Павловны Константиновой. Его родители познакомились, работая в одной и той же лаборатории в Институте химической физики, отпочковавшегося от знаменитого ленинградского Физтеха. К моменту рождения Бориса (он был третьим ребенком) Я. Б. Зельдович, или ЯБ, как все его называли, уже был полностью вовлечен в работу над атомным проектом, где он был ведущим теоретиком, и до 1963 года большую часть времени проводил в Сарове. Каждодневной активностью руководила милейшая Варвара Павловна, человек удивительно симпатичный и доброжелательный, которую любили и уважали все, кому посчастливилось ее знать. Эти черты унаследовали все ее дети. Государство хорошо платило ученым, занятым в атомном проекте, и семья Зельдовичей была материально хорошо обеспечена; при этом быт ее был чрезвычайно скромен и прост. Главным была наука, а одежде, еде и всякой роскоши не придавали значения. Эти приоритеты Борис сохранил на всю жизнь.

В их семье царила атмосфера доброжелательности и творчества, и Борис сохранил ее вокруг себя на всю жизнь. При входе в квартиру вы сразу натыкались на свешивающуюся с потолка перекладину, на которой часто раскачивался или подтягивался либо сам ЯБ, либо кто-нибудь из детей. Пройдя дальше, вы попадали в большую комнату с грифельной доской, на которой были написаны строки формул — стиль научного семинара постоянно присутствовал в семье. Сестры, Борис, а позже и мужья сестер любили подшучивать друг над другом. Любимым развлечением была игра в шарады, где непревзойденным лидером был сам ЯБ.

Несомненно, первым учителем Бориса был отец. ЯБ считал очень важным учить своих детей математике и физике. При обучении основам высшей математики он использовал собственный метод. Впоследствии на этой основе ЯБ опубликовал широко известную книгу — «Высшая математика для начинающих». Но большинство математиков встретило эту книгу в штыки, и конфликт имел продолжение при сдаче Борисом вступительных экзаменов по математике в МГУ. Борис был очень хорошо подготовлен, однако ему дали какую-то необычно сложную задачу, с которой он не справился. Эту задачу ЯБ потом показал Ландау, который ее решил, но с большим трудом.

На развитие будущего физика повлияли и замечательные ученые, коллеги ЯБ, с которыми он регулярно общался: А. Д. Сахаров, Б. П. Константинов и многие другие, задавшие ему высокие стандарты. Незадолго до смерти Борис вспоминал, как приехал на каникулы к отцу в Саров, и вечером, по-соседски, к ним зашел Сахаров. ЯБ попросил Андрея Дмитриевича объяснить 14-летнему Борису довольно сложный и большой кусок физики плазмы, что тот и сделал. «Ведь ты только подумай: мне, мальчишке, — сам Андрей Дмитриевич! Потратил на меня полтора часа! И рассказал так, что я всё главное понял!». И сам Борис всю свою жизнь всегда был готов помочь любому в понимании сложных научных проблем. Серьезное увлечение физикой у Бориса началось с детства и осталось на всю жизнь. Он буквально жил наукой. Каждый телефонный разговор со второй фразы переходил на рассказ о том, над чем он сейчас работает. Ничего важнее не было.

В школу Борис пошел сразу во второй класс, да и там, за исключением чистописания, — был такой предмет в те времена, — всё давалось легко. Конечно, основную роль в развитии Бориса как личности сыграла не школа, а семья. Борис отца боготворил и всю жизнь ощущал груз ответственности, которую возлагала на него фамилия Зельдович. Скорее всего, в первую очередь от ЯБ Борис унаследовал бескомпромиссность в науке — халтуры он не признавал. Физиками стали все дети Варвары Павловны и ЯБ. Старшая, Ольга Зельдович, — экспериментатор, работает в ИТЭФ РАН. Средняя, Марина Овчинникова, работала в ИХФ РАН и была замечательным теоретиком; она умерла за несколько месяцев до смерти Бориса; в этом году ей бы исполнилось 80 лет. (Ее замечательные воспоминания о семье и детстве можно прочесть в сборнике памяти Я. Б. Зельдовича, вышедшем в издательстве «Физматлит» в 2014 году.)

В средней школе Борис начал заниматься и нашим образованием. Ему уже тогда было очень интересно и важно рассказать друзьям о том, что он только что узнал из физики и математики. Он был строгим учителем и огорчался, если мы чего-то не понимали. Будучи студентом физфака МГУ, он вел физический кружок, помогая тем, кто его посещал, влюбиться в физику. На ­физфак он поступил в 1961 году, в 1966 году с отличием его окончил и продолжил обучение в аспирантуре Института теоретической и экспериментальной физики АН СССР, где в 1969 году защитил кандидатскую диссертацию.

Москва. ФИАН

О московском периоде жизни Бориса Зельдовича рассказывает его соавтор по многим работам, профессор Владимир Шкунов (г. Флоренс, штат Аризона, США)

В 1977 году, в 33 года, Борис Яковлевич был, что называется, на пике формы, когда взял меня под свое крыло студентом-дипломником. К тому времени он уже стал маститым теоретиком в ФИАНе. Один из его блестящих результатов — ранняя работа 1969 года с Д. Клышко, где предсказано одновременное излучение параметрическим генератором спонтанной пары фотонов, находящихся в одном общем квантовом состоянии. Источники «запутанных фотонов» (entangle photons) повсеместно используются сегодня во всех продвинутых квантовых технологиях — квантовая криптография, квантовые компьютеры, квантовые сенсоры. Функционируют такие источники буквально так, как было давно предсказано в той работе Борисом.

В середине 1970-х Борис читал курс лекций по нелинейной оптике для старшекурсников Физтеха, проходивших практику в ФИАНе. Мне тоже довелось этот курс прослушать, чтобы быстро ознакомиться с этой только зарождавшейся тогда областью лазерной оптики. Материал курса был прекрасно организован и прочитан. Его слушатели долго использовали свои конспекты как справочный материал вместо тяжелых монографий по этой теме.

Работая в ФИАНе, Борис инициировал несколько новых направлений, которые прогремели на весь мир. Это пионерские исследования по гигантской оптической нелинейности в нематических жидких кристаллах, по фундаментальной связи силы Кориолиса во вращающейся системе координат с магнитно-оптическим эффектом Фарадея, по дислокациям волнового фронта (теперь называемым wave front vortex) для аберрированных световых пучков и ряд других. Но стартовой площадкой для взлета популярности Бориса в научном сообществе стал цикл работ, посвященный обращению волнового фронта (ОВФ). В мировой литературе этот феномен называют также Phase Conjugation, Wave-Front Reversal или даже Time Reversal. Это удивительное явление просто заворожило исследователей, около 15–20 групп из разных стран после открытия ОВФ начали работу над его теорией и различными приложениями.

Начиналось всё с внешне простого эксперимента по вынужденному рассеянию Мандельштама-Бриллюэна (ВРМБ) импульсов рубинового лазера в ячейке с газом. Первый серьезный эксперимент провели в ФИАНе. Его результаты, их интерпретация и объяснение физического механизма волнового взаимодействия были опубликованы Зельдовичем, Поповичевым, Рагульским и Файзулловым в 1972 году в «Письмах ЖЭТФ». Эффект ВРМБ — пороговый, и наблюдается обычно как эффективное отражение мощного лазерного импульса строго назад за счет самоорганизации гиперзвуковой волны в объеме нелинейной среды. Уникальность ФИАНовского эксперимента состояла, во-первых, в том, что возбуждающий пучок одномодового лазера был специально пре-аберрирован, сильно и нерегулярно, пропусканием через травленую в кислоте стеклянную пластинку, и, во-вторых, ВРМБ развивалось в помещенном в кювету с газом длинном светопроводе, где пре-аберрированный пучок дополнительно замешивался многократными отражениями от стенок. В таких условиях импульс ВРМБ назад обладал замечательным свойством: он оказался обращенной во времени репликой падающего лазерного импульса. То есть он распространялся навстречу падающему импульсу, но при этом воспроизводя в обратном порядке все детали его дифракции. В результате отраженный пучок при обратном проходе через травленую пластинку, вместо того чтобы приобрести дополнительные искажения, «распутывался», выправляясь до исходного качества одномодового пучка. Представьте, что вы будто запускаете видеозапись в обратную сторону.

Это же давняя мечта человечества — обратить ход времени вспять! Она до основания разрушена аргументами нелинейной динамики и второго начала термодинамики, определяющими необратимость природных событий. Как приятно обнаружить, что всё не так плохо, и хотя бы линейные процессы дифракции волн вполне «обратимы во времени».

С одной стороны, сама демонстрация обратимости линейного распространения света концептуально важна. С другой, у ОВФ нашлось множество приложений, хорошо мотивирующих инвестиции. Среди прочего, это коррекция неоднородностей сред оптических усилителей в мощных лазерных системах, аналоговое слежение за излучающим объектом, компенсация дисперсии в телекоммуникационных оптических волокнах. Разумеется, это было открытие, и работам 1972 года присвоили соответствующий статус, а позже авторы получили, уже в расширенном коллективе, и Государственную премию.

Борис уже в первой работе объяснил физический механизм ОВФ-ВРМБ очень простым языком. Он первым заговорил о пространственном резонансе мелкой структуры (теперь бы сказали «когерентной спекл-структуры») сильно искаженной световой волны с неоднородностями среды распространения. Вкратце механизм таков: возбуждающая ВРМБ световая волна эффективно создает оптическое усиление для отраженной рассеянной волны, причем наведенный локальный коэффициент усиления пропорционален локальной интенсивности возбуждающей волны. Поэтому, если возбуждающая волна испещрена по всем трем координатам мелкой спекл-структурой, как это было сделано в ФИАНе, мелкая структура обращенной реплики автоматически оказывается в пространственном резонансе с профилем коэффициента усиления. Обратная волна начинает формироваться из спонтанного Мандельштам-Бриллюэновского рассеяния. Исходно она представлена огромным числом разнообразных пространственных конфигураций. Но лишь обращенная реплика локализует локальные максимумы интенсивности на максимумах контрастно-профилированного коэффициента усиления, и потому усиливается быстрее всех остальных конфигураций спонтанной затравки.

Простая оценка, сделанная Борисом, показывает двойное преимущество в инкременте усиления при статистической однородности спекл-структуры в светопроводе. Поскольку полное усиление спонтанного шума до интенсивности отраженной волны для вынужденных ­рассеяний исключительно велико, двойное преимущество в инкременте дает дискриминацию по абсолютному усилению в пользу обращенной конфигурации примерно в миллион раз. Поэтому из всех стартовых конфигураций на финише выживает лишь одна обращенная волна.

Этот механизм ОВФ был в дальнейшем детально разработан для оптимизации и количественного определения границ существования ОВФ ВРМБ. Вскоре были обнаружены альтернативные методы получения обращенной волны, проанализированы и продемонстрированы ее применения. Работы по теории и в экспериментах велись по всему миру, итоги подведены в нескольких монографиях. Первая из них вышла вначале на русском языке: Б. Я. Зельдович, Н. Ф. Пилипецкий, В. В. Шкунов. Обращение волнового фронта. М.: Наука, 1985, а затем — на английском: Principles of Phase Conjugation, Springer Verlag, 1985.

Нововведение пространственного резонанса мелких структур световой волны и неоднородностей среды быстро «проросло» в статическую и динамическую голографию. Пространственная корреляция структуры поля и материала среды типична как для нелинейной оптики, так и для голографии. Действительно, неоднородности показателя преломления наводятся самим светом, обычно тоже пропорционально локальной интенсивности. Целый ряд ассоциированных с таким резонансом новых интересных эффектов для статических и динамических сред был предсказан и исследован Борисом с коллегами и подтвержден экспериментально в других группах. Эти результаты были собраны и систематизированы в другой книге: B. Ya. Zeldovich, V. V. Shkunov, A. V. Mamaev. Speckle-Wave Interactions in Application to Holography and Nonlinear Optics. CRC-Press, 1995.

Но как Борис работал над книгами, обзорами и научными статьями! У него был редкий, возможно уникальный метод. Каждое слово текста он писал сам, чернильной ручкой с хорошим пером, обязательно — сидя рядом с соавтором. Типичное разделение труда было таким: соавтор заранее готовил фактический материал будущей порции текста, а Борис, после краткого обсуждения материала, формулировал фразы и писал от руки. Если опубликованные ранее другими авторами результаты заслуживали изложения, научные формулы никогда не переписывались из первоисточника. Все они выводились, что называется, с нуля. Так что не только новые статьи, но и все без исключения обзоры и монографии Бориса Зельдовича оригинальны, не только с точки зрения текста, но и с точки зрения научного содержания.

Челябинский университет

В 1987 году Бориса избирают членом-корреспондентом АН СССР. В том же году он переехал в Челябинск, где создал вузовско-академическую лабораторию нелинейной оптики, — структурное подразделение Института электрофизики АН СССР (Екатеринбург) и Южно-Уральского государственного университета. О работе в Челябинске вспоминает Наталья Кундикова, профессор ЮУрГУ.

Основное направление научных исследований Б. Я. Зельдовича — проблемы нелинейной оптики и волновых процессов. Всемирно признаны его работы по нелинейному взаимодействию волн в фоторефрактивных кристаллах, спин-орбитальному взаимодействию света (это понятие введено им впервые), теоретические исследования взаимовлияния поляризации света и процесса его распространения. Им же введено в научный обиход понятие полярной асимметрии светового поля, предсказаны новые оптические эффекты в таких полях. До сих пор спин-орбитальное взаимодействие света является актуальным направлением исследований оптиков во всем мире.

Борис Яковлевич и сам считал, что время в Челябинске было наиболее плодотворным научным периодом в его жизни. Действительно, в его команде были и теоретики, и экспериментаторы. Почти все эффекты, которые были предсказаны Борисом Яковлевичем в содружестве с теоретиками, наблюдались экспериментально.

Пожалуй, самый значимый его вклад связан с введением нового понятия — спин-орбитального взаимодействия фотона. Именно под таким названием на английском языке вышла наиболее цитируемая и известная статья Бориса Яковлевича. Фактически это квантово-механическая интерпретация термина взаимовлияния поляризации света и процесса его распространения. До 1991 года шли независимые исследования влияния поляризации света на его траекторию и влияния траектории на его поляризации.

Первое направление берет начало от работ Ф. И. Фёдорова, где он теоретически предсказал выход циркулярно поляризованного луча из плоскости падения при полном внутреннем отражении. В какую сторону свет выходит из плоскости, зависит от того, правая циркулярная поляризация или левая. Сдвиг луча — порядка длины волны. Экспериментально этот сдвиг наблюдался при прохождении лазерного пучка через трехгранную призму.

Второе направление связано с работами С. М. Рытова и В. В. Владимирского, в которых теоретически показано, что если линейно поляризованный свет распространяется по неплоской траектории, то плоскость поляризации поворачивается, и угол поворота определяется степенью неплоскостности траектории. Экспериментально эффект был обнаружен при распространении излучения в одномодовом оптическом волокне, скрученном в спираль, а интерпретирован на основе фазы Берри.

Борис Яковлевич эти эффекты рассмотрел как взаимно обратные, и в рамках такого подхода обосновал экспериментально наблюдаемый оптический аналог эффекта Магнуса. Через многомодовое оптическое волокно пропускалось циркулярно поляризованное излучение, на выходе из волокна на экране наблюдалась пятнистая картина (спекл-картина). Если на входе в волокно меняли знак циркулярной поляризации, то спекл-картина поворачивалась. Что удивительно, угол поворота, который получился при моделировании распространения циркулярно поляризованного излучения в волокне, с точностью до ошибки эксперимента совпал с измеренным экспериментально. Почему эффект получил такое название? Если представить мысленно, что циркулярно поляризованный фотон — это шарик, закрученной вдоль своей оси вправо или влево, то при прохождении через волокно при каждом акте полного внутреннего отражения шарики, закрученные в противоположные стороны, будут, в соответствии с эффектом Магнуса, отклоняться в противоположные стороны и из волокна выйдут в разных точках.

Введение нового понятия спин-орбитального взаимодействия фотона привело к предсказанию и экспериментальному исследованию новых эффектов. Влияние поляризации на траекторию было предсказано и экспериментально наблюдалось в перетяжке сфокусированного асимметричного циркулярно поляризованного светового пучка. Оказалось, что при смене знака циркулярной поляризации продольная компонента светового поля в перетяжке смещается. Экспериментально наблюдали смещение на 1,5 микрона в рассеянном свете. Хорошо известен эффект Фарадея, когда в магнитном поле наблюдается поворот плоскости поляризации; удалось наблюдать поворот спекл-картины света, прошедшего через оптическое волокно, помещенное в продольное магнитное поле. Некоторый побочный эффект этих исследований был связан с тем, что нужно было иметь циркулярно поляризованное излучение высокого качества, а хороших четвертьволновых пластинок не было. Удалось сделать перестраиваемые пластинки, которые состояли из двух пластинок слюды, которые можно было поворачивать и наблюдать, как при определенном положении линейно поляризованное излучение становится циркулярно поляризованным. С первой публикации прошло почти тридцать лет, но интерес к этому направлению не утихает, однако термин звучит как «спин-орбитальное взаимодействие света», а эффекты исследуются не только в световых пучках, но и в электронных и нейтронных.

С поляризацией связана еще одна очень любопытная работа. Рассчитан и изготовлен жидкокристаллический анализатор состояния поляризации света. Оказывается, если использовать определенным образом ориентированные молекулы жидкого кристалла, то по распределению интенсивности света, прошедшего через этот жидкий кристалл, можно определить состояние поляризации света.

Большой цикл работ был связан с исследованием и теоретическим обоснованием генерации второй гармоники в изотропных средах. Хотя из соображений симметрии следует, что генерация второй гармоники в таких средах невозможна, в оптическом волокне совершенно случайно обнаружили преобразование частоты излучения. К исследованию этого эффекта подключились несколько научных групп, в том числе и Борис Яковлевич с сотрудниками лаборатории нелинейной оптики. Были проведены экспериментальные исследования не только в волокнах, но и в объемных стеклах, а сам эффект интерпретировали как спонтанное нарушение локальной симметрии, связанное с возникновением неравного нулю куба поля, которое снимало запрет на генерацию второй гармоники. Более того, использование понятия полей с неравным нулю кубом позволило предсказать, рассчитать и наблюдать полярную асимметрию углового распределения электронов. Эффект экспериментально наблюдается при одновременном освещении фотоумножителя пикосекундными импульсами Nd-лазера (1,06 мкм) и его второй гармоникой (излучение 0,53 мкм).

И всё это — лишь малая доля исследований, которые проводились в Челябинске в лаборатории нелинейной оптики!

Говоря о челябинском периоде работы Бориса Яковлевича Зельдовича, нельзя не сказать о его роли в развитии профессионального физического образования в нынешнем Южно-Уральском государственном университете, а в то время — Челябинском политехническом институте (ЧПИ). По большому счету, именно Борис Яковлевич является основателем физического образования в ЮУрГУ. В 1988 и 1989 годах в ЧПИ набрали по одной группе студентов, которых совместными усилиями лаборатории и преподавателей института учили физике, математике и теоретической физике. Борис Яковлевич подчеркивал: если стоит задача заниматься наукой серьезно, нужно самим готовить кадры. Сейчас дело, начатое Борисом Яковлевичем, продолжается и в лаборатории нелинейной оптики и на кафедре оптоинформатики физического факультета ЮУрГУ. И студенты кафедры знают, кого они должны благодарить за то, что в ЮУрГУ готовят физиков-профессионалов.

Университет Центральной Флориды

В 1994 году Бориса пригласил работать Университет Центральной Флориды (University of Central Florida, UCF) в Орландо, и он с семьей переехал в США. Однако научные контакты с лабораторией нелинейной оптики на Урале и ее сотрудниками сохранились, да и во Флориде большинство коллег Бориса говорили по-русски. Об американском периоде его жизни вспоминает Леонид Глебов, профессор UCF.

Последние четверть века мне посчастливилось быть коллегой Бориса по работе в Университете Центральной Флориды, его соседом и другом. Вот несколько примеров, показывающих особенности этого замечательного человека. Во-первых, бескорыстная забота. В 1995 году я получил приглашение на работу в UCF. Через несколько дней пришло письмо от незнакомого человека, приглашающего жить в его доме до тех пор, пока не устроюсь. Подпись: Борис Зельдович. Как потом стало понятно, это типичная реакция Бориса — помогать соотечественникам обустроиться в незнакомой стране.

Во-вторых, потрясающая образованность и готовность делиться знаниями. Важное правило в нашей исследовательской группе: когда сталкиваешься с непонятной проблемой по физике, иди к Зельдовичу. Борис достает свою знаменитую чернильную ручку (он не признавал новомодных пишущих устройств), кладет на стол стопку сложенных вдвое листов бумаги и шаг за шагом объясняет явление, выписывая формулы с обязательным разъяснением размерности получаемых величин. К нему ходили все — и молодые, и старые.

В-третьих, неистощимая любознательность. Борис успевал прочитывать огромное количество литературы, художественной и научной — по физике, истории, социологии.

Однажды я вошел в спортивный центр и увидел, что в джакузи сидит человек и читает толстую книгу. Только одного человека можно представить в такой ситуации в спортзале — Бориса. Он помнил огромное количество анекдотов и умел к месту вставлять их в разговоре. Последний раз мы встретились с ним за месяц до его смерти. Он уже не вставал с кресла, с трудом разговаривал, но в нужный момент припомнил старый анекдот, заставив всех смеяться. Юмор был с ним до последних дней.

Большинство знает Бориса Яковлевича по громким открытиям (обращение волнового фронта или гигантская оптическая нелинейность в жидких кристаллах), но он также демонстрировал исключительную способность доводить теорию до моделирования в прикладных исследованиях и инженерных разработках. В UCF он продолжал свои фундаментальные теоретические исследования, связанные с распространением излучения, и в то же время активно работал с экспериментальной группой, занимавшейся исследованием голографических оптических элементов для спектрального, углового и временного управления лазерными пучками и с компанией OptiGrate, которая разрабатывала и производила эти голографические элементы. В результате появились 17 публикаций в научных журналах, 3 патента, были сделаны многочисленные доклады на конференциях. Более того, программы, разработанные в группе Зельдовича, до сих пор используются при проектировании голографических элементов.

Участие Бориса Зельдовича — теоретика высокого уровня — в прикладных работах привело к созданию трех новых оптических элементов с уникальными свойствами.

Первый — расширитель и компрессор лазерных импульсов, основанный на объемной Брэгговской решетке с переменным периодом (chirped Bragg grating, CBG). Этот элемент делает то, за что была присуждена недавняя Нобелевская премия по физике — растягивает и сжимает лазерные импульсы, обеспечивая генерацию ультра-коротких импульсов большой мощности. Объем нового компрессора был в тысячу раз меньше, чем у ранее известных компрессоров, и он не был чувствителен к ударам и вибрациям. Это позволило использовать лазеры с такими компрессорами в медицине и в индустрии. Почти все новые лазеры для операций на катарактах основаны на Брэгговских компрессорах.

Второй элемент — сверхузкий оптический фильтр. На одном из собраний нашей исследовательской группы Борис нарисовал формулы, из которых следовало, что две Брэгговские решетки с разными периодами, записанные в том же самом объеме фоточувствительного стекла, могут быть интерферометром Фабри-Перо с единственной полосой пропускания. Такие решетки были записаны и действительно оказались самым узкополосным монолитным оптически фильтром.

Третий элемент — ахроматическая фазовая маска. Такие элементы нужны для формирования сложных профилей интенсивности лазерного излучения при обработке материалов и массово выпускаются промышленностью. Однако у них есть фундаментальное ограничение — конкретная фазовая маска может быть применена только для одной длины волны. Борис предложил комбинацию из трех решеток, которая делает фазовую маску ахроматической. Такие элементы были сделаны и продемонстрировали то, что считалось невозможным — трансформацию широкополосного излучения фемтосекундных лазеров, применяемых в медицине и промышленности.

Эти три примера — лишь демонстрация того, как глубокое понимание оптических явлений, способность Бориса Яковлевича увидеть им применение и энтузиазм, с которым он привлекал к реализации самых различных людей, обеспечили прогресс в области, казалось бы, далекой от теоретической оптики.

Вспоминает Нельсон Табирян, докт. физ.-мат. наук, президент компании BEAM Co., вначале аспирант Бориса в Москве, а позднее — коллега в США.

После окончания Ереванского государственного университета я получил возможность продолжить образование в аспирантуре ФИАНа под руководством Бориса Зельдовича. (Вот уж где воистину сбылись молитвы моих очень религиозных матери и бабушки!) Необыкновенная доброта Бориса проявилась с самой первой встречи. Он поселил меня у себя, где я и жил, пока не обустроился, и заботился обо мне, как о самом близком человеке. Даже в знаменитой гостеприимством Армении поведение и забота Бориса превзошли бы самые высокие стандарты.

Борис предложил мне заняться исследованием нелинейных свойств жидких кристаллов (ЖК). Тогда этой темой активно занимались во всем мире, что было вызвано более высокими значениями нелинейного коэффициента преломления по сравнению с другими материалами. При комнатной температуре из-за интенсивного рассеяния света на хаотически ориентированных молекулах ЖК непрозрачны, и в экспериментах их нагревали почти до фазового перехода, переводя в прозрачное изотропное состояние. Представить себе, что миллиметровой слой мутного жидкого кристалла окажется лучшим из всех известных нелинейным оптическим материалом, было более чем странно, но Борис это предсказал, используя флуктуационно-диссипационную теорему. Вскоре эксперименты, проведенные под руководством Бориса, подтвердили существование нелинейности, в миллиарды раз превышающей известные значения. Открытие гигантской оптической нелинейности в ЖК стимулировало огромное количество исследований в области оптических компьютеров, фазового сопряжения и многих других сферах и положило начало регулярным международным конференциям, посвященным оптике ЖК.

Одним из практических применений этого эффекта стало устройство для прямого измерения плотности мощности лазерных пучков (Crystal Scan Optical Multimeter), которое мы разработали. В 2000 году Борис предположил, что модуляция молекулярной ориентации в тонких анизотропных пленках ЖК может привести к созданию оптических элементов со 100% дифракционной эффективностью в широком диапазоне длин волн. Сама концепция фазы Панчаратнама–Берри, или геометрической фазы, была известна с 1950-х годов, устройства на ЖК существовали с 1960-х годов, но мысль о том, что на основе модуляции геометрической фазы можно сделать дифракционные оптические элементы, была совсем не очевидна. Сейчас подобные элементы производит в США компания BEAM Co., и основанные на этом явлении применения так называемой оптики 4-го поколения в микродисплеях, устройствах управления световым пучком в навигационных системах для машин, сверхлегких больших телескопах, глазных линзах и т. п. широко разрабатываются во всем мире.

Борис Зельдович — учитель

Серьезным увлечением Бориса был маятник с бифилярным подвесом. Первый вариант такого маятника ему предложил описать еще ЯБ, и уже в школьное время Борис любил демонстрировать занятные свойства такого маятника. Живя во Флориде, Борис строил модели маятника из материалов, купленных в ближайшем хозяйственном магазине, и охотно демонстрировал и дарил эти модели всем желающим. В статьях, опубликованных в УФН в 2004 и 2008 годах, Борис показал, что с помощью такого простого устройства можно объяснить и продемонстрировать массу фундаментальных явлений: принцип суперпозиции, резонанс, поляризацию, фигуры Лиссажу, проблемы волнового (характеристического) сопротивления (импеданса) как в электродинамике, так и в классической механике и многое другое.

Но самое замечательное в этих статьях — это новый уровень понимания параметрического возбуждения колебаний. В этих работах он получил фундаментальный и абсолютно неожиданный результат: как в таких системах возбуждаются колебания. В течение века считалось, что именно модуляция частоты приводит к параметрическому возбуждению резонансной системы. Борис показал ошибочность этого широко распространенного подхода и получил доказательство, что при параметрическом возбуждении только модуляция импеданса ответственна за возбуждение колебаний. Без нее модуляция частоты не приводит к возбуждению системы. Этот удивительный результат еще ожидает своего применения в реальных параметрических системах.

Будучи известным ученым, членом-корреспондентом Академии наук, создателем теории обращения волнового фронта, а позже университетским профессором в Соединенных Штатах, Борис оставался очень скромным, приятным и приветливым человеком в общении со всеми, готовым помочь и поддержать не только близких друзей, но даже абсолютно незнакомых ему людей.

Он замечательно смеялся шуткам, и хотелось смеяться вместе с ним. Удивительно здорово читал лекции — без всякого микрофона его голос легко заполнял любой зал, и после лекции казалось, что тебя накачали знаниями и энергией. Любил обсуждать научные проблемы на листе бумаги. Бумагу не жалел — крупно писал на листе одно за другим уравнения, и с каждой новой формулой проблема становилась всё меньше, а исписанные листки легко выстраивались в практически готовую научную статью. Все это он делал так «вкусно», легко и заразительно, что, попадая под его научно-человеческое обаяние, очень хотелось немедленно научиться разбираться в науке также глубоко и с таким же блеском уметь ее объяснить.

Если что-то и может сравниться с его талантом ученого, так это его дар учителя. Сколько мы его помним, он учил физике всегда, везде и всех. Вначале друзей, потом школьников, посещавших его физический кружок в МГУ, затем студентов МГУ и МФТИ, слушавших его курсы по нелинейной и квантовой оптике, и дальше — бесчисленных коллег, студентов и аспирантов, их коллег и друзей, своих собственных детей и детей своих друзей. Многие пронесли через свою жизнь любовь и уважение к науке благодаря его таланту Учителя. Ему было интересно жить. Он сумел сохранить в себе мальчишку, выросшего во дворе дома Института химической физики, который мог устроить в детстве взрыв в бочке с карбидом и с фейерверком искр растопить камин пальмовыми ветками в своем флоридском доме в Америке.

Дмитрий Компанеец, Илья Лейпунский, Игорь Соколик, Александр Голгер