Битва Физиков
В январе сего года на официальном сайте МФТИ был опубликован пресс-релиз о статье H-theorem in quantum physic. Статья является плодом работы группы физиков под руководством Гордея Лесовика. Через 7 месяцев, в конце августа издание "Троицкий вариант — наука" опубликовало критическую статью за авторством Михаила Фейгельмана. Фейгельман рассматривает современный научпоп, избрав в качестве одного из примеров для критики пресс-релиз о статье Лесовика. Естественно, Лесовик не мог не отреагировать на критику своих результатов. Итак, давайте рассмотрим аргументы сторон.
Аргумент Михаила Фейгельмана:
Разберемся, как он [пресс-релиз] устроен и какое отношение имеет к статье в Sci. Rep. Оба текста находятся в свободном доступе, так что читатель может сам во всем убедиться.
Вот ключевые утверждения пресс-релиза: «В результате 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. Существенное различие состоит в том, что если в классической физике уменьшение энтропии связано с передачей тепловой энергии, то в квантовом мире снижение энтропии может происходить без передачи энергии — за счет квантовой запутанности. „Мы можем «вычистить» состояния за счет квантовых эффектов“, — объясняет Лесовик. По его словам, ученые в ближайшее время планируют провести экспериментальную проверку этого эффекта. Такой эксперимент откроет возможность создания квантовых холодильников и двигателей нового типа.»
Подчеркиваю, этот пресс-релиз не продукт фантазии журналистов, он записан ими со слов самого Г. Б. Лесовика.
Теперь обратимся к оригинальной публикации. Здесь неуместно обсуждать научную постановку вопроса, предложенную в статье в Scientifc Reports, — это достойно отдельного разговора. Мы просто поглядим на заявленные результаты. Первый из них относится к изменению энтропии системы, состоящей из одной квантовой частицы, которая рассеивается на контакте из трех проволок (изображен на рис. 1 статьи). Частица прилетает из проволоки 1 и вылетает через проволоки 2 и 3. Результат произведенного авторами вычисления приведен в начале стр. 4 статьи, он состоит в том, что энтропия рассматриваемой системы (в которой не происходит, по мнению авторов, изменения энергии) при некоторых условиях может уменьшиться на 0,05 kB (где kB — постоянная Больцмана). Напомним, что максимальная энтропия одного «бита» — системы, которая может находиться в одном из двух состояний, — равна kB ln2 ≈ 0,7 kB.
Следующий результат (раздел ”Elastic scattering”) относится к задаче о рассеянии частицы на системе из N других частиц. Авторы получили, что в пределе очень большого числа N >> 1 условия справедливости H-теоремы Больцмана всегда восстанавливаются (даже если они могли быть нарушены для малого количества частиц), см. формулу (11) и сопутствующий текст. В частности, авторы пишут: ”Thus the evolution of the considered 3D system occurs with ΔS > 0”. Иначе говоря, они убедились, что в большой квантовой системе (N >> 1) энтропия возрастает, как и утверждал Людвиг Больцман более 100 лет назад.
Еще один раздел статьи называется ”Scattering on two-level systems” и никаких результатов (которые, например, можно было бы сравнить хоть с каким-то экспериментом или с другой теорией) не содержит, а содержит лишь некоторые рассуждения. Зато в конце этого раздела имеется следующее: ”This may result, in general, in a non-monotonic entropy evolution. This issue requires a separate study and will be a topic of a forthcoming work”
В переводе на русский: «Это, может быть, приводит к немонотонному изменению энтропии со временем. Данный вопрос нуждается в отдельном исследовании и будет предметом дальнейшей работы»
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. Заметим заодно, что никаких вообще единиц измерения длины в работе не упоминается. Нет там ни сантиметров, ни даже нанометров.
Ответ Гордея Лесовика:
Про известность: нам не известно было и тогда и сейчас, кто сказал это до нас. Если М.В. Фейгельман обладает такой информацией, то пусть сообщит ссылку на публикацию. На всякий случай приведу формулировку одного из наших главных утверждений с точки зрения квантовой информатики: существуют неунитальные квантовые каналы сохраняющие энергию системы. Во-вторых, доказательство на том уровне строгости, на каком это сделано у нас, до нас 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, выраженный формулой 2, на основе которого мы разбираем все дальнейшие примеры в нашей работе.
Итак, сделаны голословные утверждения, сводящиеся к тому, что в статье нет никакой новизны. Такие вещи нужно доказывать с фактами на руках, а не пользоваться возможностью голословно писать что заблагорассудится в околонаучных популярных изданиях. И действовать в таких случаях профессиональным образом, публикуя критику в том же реферируемом журнале. Механизм известен.
Вполне возможно, что по неграмотности М.В. Фейгельман путает те нарушения, о которых говорим мы, и те, что описываются так называемой флуктуационной теоремой. Как говорится: слышал звон… Там речь идет о нарушениях в течение конечного времени, и то — вещь действительно уже хорошо известная. А вообще мне известно три сценария нарушения второго закона: один тот, о котором речь в наших релизах, второй из-за флуктуаций, третий связан с обращением времени. Совсем коротко я об этом рассказывал в ролике Постнауки. Скоро обо всем этом мы еще напишем, и в этом или следующем году выйдет обзорная статья.
Аргумент Михаила 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 не предложено. Так что никак не следует ожидать, что их деятельность «откроет возможность 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.
Это пример двухходовки: статья в журнале — про одно, а ее реклама — про другое. Более замысловато обстоит дело с американским примером, о котором ниже.
Ответ Гордея Лесовика:
Первая часть в абзаце [Ничего подобного авторы не обнаружили] является строгим утверждением, так что ложь у М.В. Фейгельмана. Вторая часть действительно не содержится в первой статье, но частично содержится в статье, опубликованной в декабре 2016 года. А в более полном виде обсуждалась на конференции, посвященной юбилею проф. Джанни Блаттера в феврале 2016 года в Швейцарии, где М.В. Фейгельман присутствовал и возражений от него не последовало. Соображения, приведенные в тексте М.В. Фейгельмана о числе Авогадро, – это знания физика 19-го века. То, что мы имели ввиду, это система двух сверхпроводящих кубитов типа транcмон, соединенных микроволновым резонатором, длина которого может варьироваться от нескольких сантиметров до метров. Такую конструкцию в настоящее время изготавливает в «железе» проф. А. Вальрафф (A. Wallraff, ETHZ Zurich).
Ещё один ответ Гордея Лесовика:
М.В. Фейгельман обвиняет нас в несоответствии текста пресс-релиза тексту публикации и говорит: «Это пример двухходовки: статья в журнале — про одно, а ее реклама — про другое».
Начнем с аннотации к пресс-релизу: «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 учёных под руководством ведущего научного сотрудника Лаборатории квантовой теории информации МФТИ и Института теоретической физики им. Л.Д. Ландау РАН Гордея Лесовика. Результаты исследования опубликованы в журнале Scientific Reports (входит в группу Nature)».
А теперь заглянем в аннотацию к статье: «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, соответствие один в один.
Михаилу Фейгельману были заданы дополнительные вопросы:
Вопрос:
— Не могли бы Вы рассказать о проблемах квантовой термодинамики далеким от этой темы людям?
Ответ Михаила Фейгельмана:
— Знаете, мне кажется, это так не работает. Это не тот вопрос, который можно изложить в порядке общего трепа. Таких серьезных научных вопросов, которые имеют значительную, не совсем даже понимаю почему, популярность среди публики, далеко не один. Практически на каждом из них спекулируют всякие граждане. Очень популярный предмет, на котором любят спекулировать, это теория гравитации, струн и все в этом роде. Про него [этот предмет] систематически пишут в газете The New York Times. При этом, по совершенно естественной причине никогда не происходит обсуждение этих вопросов хоть сколько-нибудь по существу: потому что по существу обсуждать этот вопрос с людьми, который предмета не изучали долго и пристально, просто невозможно. С другой стороны, если есть реальный интерес к этой теме, то можно подумать, как устроить какую-то лекцию на эту тему, и кто бы мог такую лекцию провести, чтобы она действительно имела смысл для слушателей.
Комментарий ГЛ:
Тут М.В. Фейгельман просто «скромничает». Честный ответ был бы такой — 1) Я не специалист (и это легко проверить по публикациям), 2) – мне эта тема не интересна. Интересно только чтобы этой темой студенты не занимались.
Вопрос:
— С момента выхода релиза пресс-службы МФТИ о статье Лесовика уже полгода прошло…
Ответ Михаила Фейгельмана:
— Это правда, это чистая правда и это, несомненно, упущение. Нужно было кому-то, не одному человеку желательно, заставить себя взять два этих сочинения [статью и анонс пресс-службы], положить их рядом, прочитать внимательно. Долго собирались, но, в конце концов, собрались. При этом у меня нету совершенно никаких претензий к пресс-службе МФТИ, потому что я еще весной задавал ей вопрос, что это такое они повесили. А они отвечали, а чего, мы, собственно, ничего не придумали, мы записали, чего нам автор сказал. Ну действительно, в такой ситуации какие к ним претензии.
Комментарий ГЛ:
Прочитав опус М.В. Фейгельмана о его сугубо частном видении проблемы «обмана детей и фальсификациях в научпопе», хотелось бы сначала пояснить причины появления данного произведения, а затем ответить на конкретные претензии по поводу пресс-релизов. Сначала про причины.
Фраза М.В. Фейгельмана (здесь и далее, выделение жирным — автора, прим. «Потока»): «Меня больше всего бесит то, что этим сбивают с толку конкретных живых людей, студентов младших курсов, которым надо выбирать, чем им заниматься. Буквально говоря, это обман детей. И вот это очень нехорошо», является главной причиной появления данного текста. На носу первое сентября, начало нового учебного года, когда студенты младших курсов, в частности ФОПФ, делают выбор между различными базовыми кафедрами МФТИ. Именно поэтому комментарий М.В. Фейгельмана появился не 7 месяцев назад, когда соответствующий пресс-релиз появился на сайте МФТИ, а сейчас, когда можно создать нездоровый ажиотаж и подтолкнуть студентов к выбору одной базовой кафедры, представив конкурентов в дурном свете.
В последние годы в ИТФ им. Ландау сложилась весьма нездоровая ситуация, когда существенная часть сотрудников института была заблокирована М.В. Фейгельманом от научного руководства студентами в рамках базовой кафедры ФОПФ МФТИ «Проблемы теоретической физики». Зимой в рамках школы ФФПФ руководство МФТИ открыло две новые кафедры: «Квантовая теория поля, теория струн и математическая физика» и «Фундаментальные проблемы физики квантовых технологий», которые возглавляют сотрудники ИТФ им. Л.Д. Ландау А.А. Белавин и Г.Б. Лесовик соответственно. Данные кафедры являются прямыми конкурентами кафедры «Проблемы теоретической физики», и вот это обстоятельство и «бесит» М.В. Фейгельмана. Отметим, что на кафедру Белавина наблюдается просто «вал» студентов, на нашу кафедру студенты тоже охотно идут. В свое время М.В. Фейгельман активно пытался воспрепятствовать появлению этих кафедр, бурно выступая на ученых советах ИТФ и ФОПФ МФТИ.
Вопрос:
— А с коллегами вы обсуждали работу Лесовика? Например, на научном семинаре, о строгости которых известно еще со времен Ландау.
Ответ Михаила Фейгельмана:
— Если честно, строгость, к сожалению, поубавилась, но если говорить про само это ученое сочинение, то там особенно обсуждать нечего. Там можно обсуждать, насколько адекватная постановка задачи и всякие прочие детали, которые понятны только теоретикам, но сами выводы этого труда ничего возмутительного в себе не содержат. Ничего особенно нового по-моему тоже, но тут можно поспорить “а может, все-таки, содержит что-то новое”. Главное безобразие заключается не в содержании этого ученого труда, безобразия в нем может и нет, может в нем вообще ничего особенного нет, мало ли таких сочинений нынче. Главное безобразие в том, что ему [результату группы Лесовика, о котором шла речь в статье] придается для публики смысл, который он заведомо не содержит. Потому что если честно писать простыми словами для публики, что же оно содержит, то никакого ажиотажа не будет, никто даже не почешется. Ну хорошо, обнаружили, что одна частица может там уменьшить свою энтропию, напугали ежа, что называется, всем понятно, что энтропия определена именно для большой системы, в которой частиц очень много. Происходит подмена понятий, мы как будто говорим об одном предмете, а используем какие-то проделанные вычисления для другого. Вот это точно нарушение научной этики, и вопрос, который имел место несколько минут назад [о мерах со стороны руководства института], совершенно справедливый и на него, я думаю, будет вскоре ответ.
Комментарий ГЛ:
Совершенно безграмотное замечание. 1) Квантовая термодинамика занимается объектами любого размера, и как в таком случае определить энтропию придумал еще фон Нейманн в начале 20-го века. 2) Даже в классике еще Клаузиус в 19 веке рассматривал понятие энтропии для одной частицы.
Таким образом, по моему мнению, М.В. Фейгельман пытается спрятать попытку недобросовестной конкуренции с другими кафедрами МФТИ за псевдонаучной критикой моей научной работы и связанных с нею пресс-релизов. От себя отмечу, что нет такого закона, согласно которому пресс-релизы опубликованных научных работ ни в коем случае не должны захватывать темы будущих публикаций. Пресс-релиз это разговор с достаточно широкой аудиторией, в котором, помимо опубликованных результатов, могут затрагиваться и уже полученные, но неопубликованные результаты.
Спор двух учёных с мировым именем не мог не вызвать оживлённую реакцию студенческого сообщества. Вот некоторые комментарии о статье Михаила Фейгельмана:
И об ответе Гордея Лесовика: