Часть III. Отрицательный индекс

Часть III. Отрицательный индекс

Газета «Научное сообщество» (орган профсоюзной организации РАН), ноябрь 2003 г.

В конце 2002 г. в мировой науке произошло событие, всколыхнувшее научное сообщество и ставшее предметом обсуждения на страницах не только авторитетных научных, но и массовых изданий. 26 сентября газета «New York Times» сообщила о результатах расследования специальной научной комиссии, назначенной для проверки достоверности экспериментальных работ, опубликованных в ведущих научных журналах («Nature», «Science» и др.) сотрудником Лаборатории Белла в Мюррей-Хилл (Нью-Джерси) Хендриком Шоном. Эти работы, в частности, касавшиеся проблемы создания транзисторов на отдельных молекулах и сверхпроводимости фуллеренов, привлекли к себе большое внимание многих исследователей. Но за X. Шоном было трудно угнаться: в 2001 г. он выдавал следующую научную работу в среднем каждые восемь дней. Однако, согласно заключению комиссии, многие из его «замечательных» результатов оказались обманом и подделкой.

Это был шок. И заголовки некоторых статей в октябрьских номерах «Nature» непосредственно об этом свидетельствуют: «РАЗМЫШЛЕНИЯ О МОШЕННИЧЕСТВЕ В НАУКЕ. Обстоятельное исследование выявило значительное загрязнение исследователями физической литературы. Такие случаи трудно предотвратить, но нужно больше стараться», «КРУШЕНИЕ ВОСХОДЯЩЕЙ ЗВЕЗДЫ», «ВЫЯВЛЕНИЕ НАУЧНОЙ НЕДОБРОСОВЕСТНОСТИ ПОТРЯСАЕТ СООБЩЕСТВО ФИЗИКОВ», «ПУБЛИКУЙ И БУДЬ ПРОКЛЯТ…», «КТО ДОЛЖЕН СИДЕТЬ В КРЕСЛЕ РЕДАКТОРА?». Газета «Wall Street Journal» обвинила журналы «Nature» и «Science» в том, что в своей конкуренции за престиж и паблисити они «сглаживают углы», чтобы заполучить «горячие» статьи. Редакции научных журналов эти обвинения отвергли.

Этот прискорбный случай в очередной раз обозначил реально существующие проблемы, возникающие при рецензировании и отборе статей для публикации, при распределении грантов и вообще при оценке деятельности работников науки. Некоторым аспектам этих проблем посвящен ряд публикаций, последовавших за разоблачением X. Шона (см., например, журналы «Optical Engineering» за ноябрь 2002 г., «Nature» за 9, 16 января, 27 февраля 2003 г. и др.). Следует напомнить при этом, что вопросы научной этики и случаи ее нарушений (misconduct) всегда находятся в поле зрения многих англоязычных научных изданий.

В отечественной литературе подобные проблемы обсуждаются менее обстоятельно и отнюдь не по причине недостатка соответствующих поводов. Частично это связано с тем, наверное, что у нас нет аналогов таких научных изданий, как «Nature» и «Science», которые публикуют не только регулярные научные статьи, но и письма читателей с различными мнениями об организации науки и жизни научного сообщества.

Этот недостаток может в какой-то мере восполняться публикациями в журнале «Вестник РАН», в газете «Поиск» и научно-популярных журналах, а также в других, в том числе и массовых, изданиях. На страницах «Вестника РАН», например, публиковались дискуссионные материалы (февраль 2002 г.) о «новой хронологии» А. Т. Фоменко. «Независимая газета» 25 июня 2003 г. опубликовала две статьи — «Социальный заказ на “практическую” магию» Э. Круглякова и «Охота на академических ведьм» А. Рухадзе и Л. Уруцкоева, выражающие различные точки зрения на работу Комиссии РАН по борьбе с лженаукой, возглавляемой Э. Кругляковым. Одной из причин такого различия является нечеткость, размытость термина «лженаука», вдобавок к тому же еще и отягощенного мрачными историческими реминесценциями.

При неосторожном использовании этого понятия можно не заметить различия между добросовестным заблуждением, случайной ошибкой и злостным мошенничеством или психическим отклонением, которое, как известно, может быть и симуляцией. Ответ на вопрос «bad or mad?» (мошенник или сумасшедший?) порой столь же неочевиден, как и в случае квантовомеханического «кота Шрёдингера», поскольку в действительности эти различные состояния могут реализовываться в одном и том же персонаже.

В книге Э. П. Круглякова «“Ученые” с большой дороги» приведено множество примеров «научного» шарлатанства и паразитирования на авторитете науки, однозначная оценка которых вряд ли может вызывать какие-либо серьезные сомнения у большинства нормальных ученых. Однако эта однозначность утрачивается в некоторых «пограничных» ситуациях, когда публикуемые результаты не дают достаточных оснований для отнесения их к «лженауке», но вызывают яростную полемику в научной среде, в том числе и по вопросу о допустимости подобных публикаций на страницах серьезных научных изданий. О двух таких публикациях в 2002 г. упоминается в журналах «Nature» (24. 10. 2002) и «Science» (08. 03. 2002), в которых сообщается о наблюдении ядерных реакций, инициируемых акустической кавитацией в дейтерированном ацетоне. Авторы статьи в «Nature» (24. 10. 2002) подчеркивают, что исследователи спорят относительно того, насколько обоснованы выводы этих публикаций полученными экспериментальными данными, и никаких предположений о научной недобросовестности при этом не делается.

Большие прорывные открытия в науке случаются не очень часто, но работа научного сообщества продолжается непрерывно, оставаясь в основном малопонятной и малоинтересной для широких слоев населения и СМИ, ориентированных обычно на любого рода сенсации. Для оценки деятельности ученых используются различные подходы и критерии. Формальным признанием определенных научных достижений и заслуг является присуждение ученых степеней и званий, различных премий и других наград. К числу формальных показателей научной активности относятся такие критерии, как число публикаций и индекс цитируемости, т. е. число ссылок на работы данного ученого в научной литературе.

Очевидно, что никакие формальные процедуры сами по себе не могут обеспечить полной объективности оценки труда и достижений ученых, в том числе и с мировым именем, о чем явно свидетельствуют некоторые известные случаи из прошлой и настоящей жизни научного сообщества, например, неизбрание членами Академии наук А. А. Власова, В. С. Летохова и др., очередной скандал вокруг решения Нобелевского комитета — в последний раз в связи с присуждением премии по медицине и физиологии 2003 года — и т. п. Результаты применения формальных методов в этой области оказываются в гораздо большей зависимости от интересов и пристрастий ученых, чем это по общепринятым нормам допускается непосредственно в научных исследованиях. Весьма распространенным «грехом» научных работников является «раздувание» числа собственных публикаций (см., например, «Nature», 16. 01. 2003). В отличие от этого параметра индекс цитируемости представляется более объективным, но и такой критерий не свободен от ряда недостатков (см., в частности, публикации в «Независимой газете» 26. 06. 2002 и 14. 05. 2003). В связи с этим стоит отметить и тот факт, что упоминание в какой-либо статье ученого с мировым именем не всегда сопровождается наличием соответствующей ссылки в списке литературы на его оригинальные работы. По этой причине индекс «цитируемости» Ньютона, Фарадея, Максвелла, Шрёдингера и других гигантов мировой науки скорее всего окажется весьма низким. Это обстоятельство может влиять также и на индекс цитируемости наших более близких современников, чье имя «прикреплено» к названиям уравнений или физических эффектов (уравнения Власова, Гинзбурга-Ландау, черенковское излучение, эффекты Джозефсона, Мёссбауэра и др.).

Проблема адекватного цитирования имеет и ряд других аспектов, в том числе и касающихся несоблюдения норм научной этики. Один из самых, пожалуй, знаменитых случаев подобного рода связан с именем Эйнштейна, который в своей работе 1905 г. по специальной теории относительности просто не сослался на труды своих предшественников. В то же время в электронных и печатных СМИ это имя раскручено настолько, что его повторение, скорее всего, превосходит на этом поле индекс цитируемости всех других ученых, вместе взятых («Альберт Германович, куда пиво ставить? — Поставьте справа. — Относительно вас или относительно меня? — Относительно… Гениально! — Так родилась на свет теория относительности»).

В жизни современной науки неадекватное цитирование также имеет место, причем такие нарушения не всегда случайны. Бывает так, например, что автор работы в какой-то мере сначала цитирует предшественников, но в последующем ссылается только на эту свою работу, тем самым сознательно замалчивая предшественников и нередко искажая при этом существо обсуждаемой проблемы. На одной из таких «новейших» историй стоит остановиться подробнее.

Как и всякая история, она имеет свою предысторию. В июле 1967 г. в журнале «Успехи физических наук» (1967. 92. С. 517) была опубликована статья В. Г. Веселаго «Электродинамика веществ с одновременно отрицательными значениями ? и ?». По существу статья эта носила методический характер, что видно уже из ее весьма немногочисленного списка литературы по сравнению с обычными обзорными статьями. В ней говорилось фактически о том, что такие вещества являются примером сред с отрицательной групповой скоростью, «необычные» оптические свойства которых отмечались ранее, в частности, в работах Л. И. Мандельштама и других авторов, на которых В. Г. Веселаго более или менее правильно сослался.

В октябре 2002 г. в том же журнале «УФН» в рубрике «Методические заметки» В. Г. Веселаго в заметке «О формулировке принципа Ферма для света, распространяющегося в веществах с отрицательным преломлением» пишет: «В работах группы ученых из Университета Сан-Диего [1, 2] (Smith D. R. et al. // Phys. Rev. Lett. 2000. 84. P. 4184; Shelby R. A., Smith D. R, Shultz S. // Science 2001. 292. P. 77) сообщалось о практической реализации композитных материалов, необычные электродинамические свойства которых могут быть хорошо объяснены, если принять, что коэффициент преломления таких материалов отрицателен. Отрицательным значением коэффициента преломления могут быть охарактеризованы изотропные вещества, у которых фазовая и групповая скорости антипараллельны. Такая ситуация характерна, в частности, для веществ, у которых значения диэлектрической и магнитной проницаемостей оба являются скалярами и имеют отрицательный знак [3]» (Веселаго В. Г. // УФН. 1967. 92. С. 517).

Обратим внимание, что в данном случае никаких ссылок ни на Л. И. Мандельштама, ни на других авторов в заметке уже нет. Более того, в ее тексте читаем далее: «Хотя в [3] были достаточно полно изложены основные электродинамические свойства веществ с отрицательным коэффициентом преломления, сами такие вещества в руках экспериментаторов отсутствовали. Указывалось, в частности, на возможность реализации одновременно отрицательных значений ? и ? в магнитных полупроводниках, однако эти попытки не увенчались успехом прежде всего в силу чисто технологических трудностей при изготовлении таких веществ. (Кроме магнитных полупроводников, в работе [3] указывалось еще на проводящие ферромагнетики, а также на смесь из газовой плазмы и монополей Дирака. — Прим. авт. ).

Прорыв в данном направлении наступил совсем недавно, когда группа ученых из Сан-Диего [1, 2] синтезировала искусственный композитный материал, который в диапазоне сантиметровых волн может обладать самыми различными, в том числе отрицательными, эффективными значениями ? и ?… Эксперимент, реализованный в [2], убедительно показал, что преломление электромагнитной волны на границе вакуума и такой композитной среды подчиняется закону Снеллиуса с отрицательным значением n. Тем самым можно считать экспериментально подтвержденными основные положения работы [3]».

Поэтому очевидно, что такое утверждение о «подтверждении основных положений работы [3]» даже для неподготовленного читателя выглядело бы весьма странно, если бы автор работы [3] при этом сослался на более ранние работы других авторов, уже содержавшие эти «основные положения». По этой причине В. Г. Веселаго никаких ссылок и не делает, стараясь, как говорится, натянуть все одеяло целиком на себя, игнорируя и основополагающие заслуги предшественников, и нормы научной этики.

Одновременно при этом искажается и физическая сущность рассматриваемых эффектов. Пытаясь отмежеваться от того «неудобного» для него факта, что в физике давно известны периодические структуры, в которых в микроволновой (СВЧ) и оптической областях частот реализуется отрицательная групповая скорость, В. Г. Веселаго пишет: «Следует заметить, что сам факт антипараллельности фазовой и групповой скоростей давно реализован, например, в некоторых электронных устройствах и обычно характеризуется термином «отрицательная групповая скорость». Однако такого рода устройства не могут быть охарактеризованы определенными, тем более скалярными, значениями ? и ?».

Обсуждение методического вопроса о целесообразности использования тех или иных параметров для характеристики электродинамических свойств вещества, равно как и проблемы создания различных искусственных сред и устройств не является здесь нашей целью, однако нельзя не отметить специфическое своеобразие аргументации В. Г. Веселаго. Дело в том, что процитированные выше слова В. Г. Веселаго как раз справедливы и в отношении так взволновавших его искусственных композитных сред [1, 2], которые являются анизотропными и никак не могут быть охарактеризованы скалярными значениями, т. е. говорить здесь о «прорыве в данном направлении», тем более с точки зрения основных физических принципов, вряд ли уместно, даже если очень хочется. Когда же на сессии Отделения физических наук РАН 26 марта 2003 года В. Г. Веселаго прямо спросили, являются ли эти композиты изотропными или анизотропными, он не нашел ничего лучшего, как ответить, что этот вопрос не исследовался, хотя анизотропность этих материалов видна просто невооруженным глазом. Представьте себе человека, которому показывают обыкновенный футбольный мяч и спрашивают, шар это или куб, а он отвечает, что этот вопрос еще надо исследовать!

Однако это обстоятельство нисколько не смущает В. Г. Веселаго, который в тексте доклада на этой сессии, опубликованном в УФН (2003. № 7) под названием «Электродинамика материалов с отрицательным коэффициентом преломления» (!), пишет: «Основы электродинамики материалов с отрицательным коэффициентом преломления достаточно полно изложены, в частности, в работах [3–6] (Здесь он ссылается на свои публикации. — Авт. ). В этих работах было показано, что вещества с отрицательным коэффициентом преломления характеризуются также отрицательными значениями диэлектрической и магнитной проницаемостями. Существенно, что все эти утверждения относятся к изотропным материалам, для которых величины n, ? и ? — скаляры».

Группа ученых из Университета в Сан-Диего по какой-то причине дважды не вполне адекватно сослалась на работу В. Г. Веселаго (УФН, 1967 г.). В своей статье, опубликованной в журнале «Phis. Rev. Letters» (2000. 84. Р. 4184), они пишут: «Веселаго теоретически исследовал электродинамические свойства сред с отрицательными ? и ? и заключил, что в таких средах драматически меняется характер распространения электромагнитных волн из-за изменения знака групповой скорости, включая изменения эффектов Доплера и Черенкова, аномалии в рефракции и давлении света». В другой статье в журнале «Science» (2001. 292. P. 77) под названием «Экспериментальное подтверждение отрицательного индекса рефракции» эта ссылка идет в таком контексте: «Хотя все известные естественные материалы имеют положительный индекс рефракции, возможность существования материалов с отрицательным индексом рефракции исследовалась теоретически (здесь идет ссылка на статью В. Г. Веселаго в УФН 1967 г. — Авт. ) и был сделан вывод, что такие материалы не нарушают никаких фундаментальных физических законов».

Такая ссылка действительно способствует созданию ложного впечатления о том, что этот «вывод» сделал сам В. Г. Веселаго. Между тем в пятом томе «Собрания трудов» Л. И. Мандельштама (1879–1944) читаем: «Но мы знаем, что групповая скорость может быть отрицательной. Это означает, что группа (и энергия) движется в сторону, противоположную направлению распространения фазы волны. Возможны ли такие случаи в действительности?

В 1904 г. Лямб придумал некоторые искусственные механические модели одномерных «сред», в которых групповая скорость может быть отрицательной… Но, как оказывается, существуют и вполне реальные среды, в которых для некоторых областей частот фазовая и групповая скорости действительно направлены навстречу друг другу. Это получается в так называемых «оптических» ветвях акустического спектра кристаллической решетки, рассмотренных М. Борном. Возможность подобного явления позволяет с несколько иной точки зрения подойти и к таким, казалось бы, хорошо известным вещам, как отражение и преломление плоской волны на поверхности раздела между двумя непоглощающими средами. Протекание этого явления, при разборе которого о групповой скорости обычно вообще не упоминается, существенно зависит от ее знака».

Далее в лекциях Мандельштама еще на двух страницах (464, 465) с формулами и рисунками приводится достаточно подробный анализ этого явления с учетом знака групповой скорости. Поскольку содержание данного текста хорошо известно В. Г. Веселаго, то отсутствие у него адекватных ссылок является не случайным недоразумением, а отражением вполне определенной позиции, характерной для некоторой части научного сообщества и позволяющей превращать процедуру объективного научного цитирования в недобросовестную рекламную кампанию.

Непосредственным следствием подобной позиции в рассматриваемом случае является такое вот прямо-таки директивное указание на с. 69 журнала «Письма в ЖТФ» (2003. 29, вып. 1): «Основополагающей работой в теории отрицательно преломляющих сред следует считать работу В. Г. Веселаго, опубликованную в 1960-е годы». В результате такого коллективного сознательного и бессознательного рекламного творчества фигура «основоположника» избавляется от нежелательной «конкуренции» со стороны других ученых, имена которых при этом просто не упоминаются. Бывают случаи, когда здравствующие ученые достаточно четко реагируют в научной печати на подобные принижения их роли в конкретных научных исследованиях. Поскольку Л. И. Мандельштам не может участвовать в подобном процессе, то защита его научного имени от недобросовестного цитирования должна осуществляться теми живущими, кто дорожит его памятью и считает недопустимыми искажения подобного рода в отношении любого ученого.

Всей этой истории с неадекватным цитированием могло бы вообще не случиться, если бы еще при рецензировании статьи В. Г. Веселаго 1967 г. ему было указано на необходимость сослаться на Л. И. Мандельштама уже на первой странице этой статьи, где В. Г. Веселаго рассуждает о возможности существования сред с отрицательными значениями ? и ?, т. е. с отрицательной групповой скоростью, и об их отличии от обычных сред с положительной групповой скоростью. Этот пример еще раз напоминает нам не только о том, к чему могут приводить незначительные на первый взгляд перекосы в цитировании, но и о той ответственности, какая в связи с этим ложится на редакторов научных изданий, рецензентов научных статей и на всех работников науки. Только осознанными и своевременными совместными усилиями можно сохранить в науке ту атмосферу честного ей служения, без которого существование науки фактически невозможно.

А. А. Рухадзе, А. А. Самохин