«Мониторинг магнитного поля — это наш компас»

Каково это: вырасти в семье крупного политического деятеля и не менее крупного философа, а стать математиком? И что тогда может математика увлечь в геофизике? Можно ли научиться прогнозировать землетрясения? Почему сегодня в геофизике нельзя обойтись без искусственного интеллекта? Об этом — академик Алексей Гвишиани, научный руководитель Геофизического центра РАН, заведующий отделением математической геофизики и геоинформатики Института физики Земли РАН им. О. Ю. Шмидта, председатель Научного совета РАН по изучению Арктики и Антарктики.

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

— Алексей Джерменович, вы внук председателя Совета министров СССР Алексея Косыгина. Каким вы его запомнили?

— Целеустремленным, собранным. Он был разным на работе, в служебной обстановке, на официальных мероприятиях, где был похож на английского джентльмена, и в домашней обстановке, где представал замечательным дедушкой, прекрасным главой большой семьи.

— Ваш отец Джермен Михайлович Гвишиани тоже был выдающимся человеком — философом, академиком. Почему вы пошли совершенно в другом направлении, в математики?

— Математика мне понравилась внутренней логичностью своей дедуктивной организации. Еще в юности, в восьмом классе, я выбрал 52-ю математическую школу в Москве, куда прошел по анонимному конкурсу. Далее был механико-математический факультет МГУ и его аспирантура. Моим научным руководителем стал один из выдающихся математиков ХХ века Израиль Гельфанд. Более пяти лет я преподавал на мехмате МГУ и вел исследования по чистой математике. Моя кандидатская диссертация по теории представлений групп матриц была признана ученым советом мехмата выдающейся.

Отец и дед

— Философские воззрения отца каким-то образом повлияли на вас как на ученого?

— Отец был крупным философом, теоретиком управления. Он первым в нашей стране стал адаптировать элементы прикладных сторон зарубежной философии к советской действительности. Отцу принадлежит фундаментальная идея, что принципы менеджмента крупной организации могут работать как для социалистического предприятия, так и для крупных корпораций капиталистической экономики.

Косвенно научная деятельность Джермена Михайловича оказала на меня влияние. Я неоднократно использовал адаптацию зарубежных подходов при создании и развитии отечественных методов исследований в геофизике и геоинформатике. Как и отец, стараюсь внести вклад в развитие международных научных отношений, выгодных для нашей страны. Интересно, что в исследованиях Гвишиани-старшего задействованы инженерные и статистические аспекты, но философский аспект был основополагающим. В его время существовала парадигма, что правильной является марксистская философия.

— Единственно правильной?

— В научном мире всегда существуют разные точки зрения, и это один из генераторов прогресса. Основная линия была такой, но в научных журналах обсуждались разные варианты реализации социализма. Джермен Михайлович адаптировал социологические, прагматические аспекты зарубежного бизнеса к нашей социалистической системе.

— Они обсуждали это с вашим дедом? Ведь знаменитая косыгинская реформа — тоже отчасти об этом.

— Дед и отец были близки друг к другу в понимании реальной жизни, но не идентичны. Наша семья была построена по достаточно патриархальным принципам. По уик-эндам мы все встречались у деда, часто жили у него на даче, много общались и обсуждали широкий круг тем. Они с отцом многое продумывали вместе.

В момент реформы Косыгина в 1965 году мой отец уже несколько лет был заместителем председателя Государственного комитета СССР по науке и технике. Он был не только ученым, но и крупным организатором науки. Особый вклад Джермен Гвишиани внес в развитие международного научного сотрудничества и научную дипломатию. Он стал одним из создателей международного Института прикладного системного анализа, первым его президентом. Что касается реформы Косыгина, то самое лучшее ее изложение дал президент Вольного экономического общества России Гавриил Попов в своей книге «Реформатор нереформируемого».

— Это он Косыгина так назвал?

— Да. Я согласен с его мнением: эти реформы, как видел их Косыгин, вели к частично рыночной экономике, как это было в Венгрии, Польше, Югославии, в меньшей мере — в ГДР. Реформа началась в 1965 году. Ее активно поддержало все руководство страны. Когда Косыгин выступил на пленуме с докладом о реформе, Брежнев высказал ему поддержку. В подготовке реформы Косыгину помогали крупные экономисты: Абалкин, Либерман, молодой Попов, философ Ойзерман.

Реформа должна была проходить в несколько этапов. Уже первый ее этап — пятилетка 1965–1970 годов — оказался весьма успешным. Многие историки называют его «золотая пятилетка». ВВП СССР вырос на 35%, зарплаты увеличились в среднем в два с половиной раза. Перехода к рыночной экономике не было, но сформировался рынок предприятий.

— Как это удалось?

— В социалистической системе сталинского времени надо было производить столько продукции, сколько предписывал план. Теперь же правительство призывало предприятия производить как можно больше. Не предусмотренные планом излишки выходили на рынок, игроками которого были предприятия. Например, если завод произвел больше шкафов, чем запланировано Госпланом,— начинаем их продавать, но не людям, а предприятиям. Вырученные деньги не забирались государством в бюджет. Они оставались на предприятии для развития производственной базы, улучшения быта и условий работы сотрудников, медицинского обслуживания, выплаты премий, 13-й зарплаты и т. д. Люди стали лучше работать, появился дополнительный интерес у директоров предприятий.

В общем, система, созданная на первом этапе реформы, эффективно функционировала. И, что важно, результаты первого этапа не были отменены и сохранялись вплоть до прихода к власти администрации Горбачева в 1986 году. Думаю, это была удачная реформа, а Косыгин — молодец, что смог претворить ее в жизнь, несмотря на то что дальнейшие ее этапы не состоялись.

— Почему не состоялись?

— По политическим соображениям — из-за чехословацких событий. В 1968 году Чехословакию возглавил Александр Дубчек, а известный связями с диссидентами Олдржих Черник стал председателем правительства. Они стали делать то, что позже начал Горбачев в Советском Союзе: постепенно трансформировать идеологическую и экономическую системы в многопартийную. Это было в 1968 году и, естественно, не понравилось политическому руководству нашей страны. Оно решило, что, если мы будем двигаться, следуя планам реформы Косыгина, в эту сторону, у нас могут начаться такие же события.

— Но в итоге они начались.

— Они начались почти через 30 лет. Я не касаюсь вопроса о том, хорошо это или плохо, лишь констатирую факты.

Математика землетрясения

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

— Ну а вы, будучи математиком, выпускником мехмата, начали заниматься геофизикой. Сегодня чувствуете себя математиком, геофизиком или и то и другое?

— Сперва, учась и работая в МГУ им. М. В. Ломоносова, я пять-семь лет занимался теоретической математикой. А чувствую себя по-разному в разные моменты и считаю, что в этом и заключается предназначение ученого. Стараюсь каждые 10–15 лет начинать крупный проект в новой области. В МГУ занимался теорией представлений групп на границе алгебры и функционального анализа. В 1978 году Институт физики земли им. О. Ю. Шмидта АН СССР организовал лабораторию с совершенно новой тематикой — банки и базы данных по геофизике. Вице-президент РАН академик Александр Сидоренко и директор института академик Михаил Садовский решили создать лабораторию, которая аккумулировала бы в адекватной компьютерной математической среде научные данные института и его партнеров. Шмидтовский институт в то время был огромным. В нем работало порядка 3 тыс. сотрудников. Стали искать человека, который возглавил бы эту лабораторию.

— Как же вас нашли?

— Садовский посоветовался с Гельфандом, и тот порекомендовал меня. Я с энтузиазмом согласился. Это было интересно — круто изменялась область деятельности. Дело было новое, но рожденное математикой.

— Наверное, было трудно?

— Для ученого задачи должны быть трудными, иначе они неинтересны. Во внутренне красивой науке математике мне несколько не хватало ее связи с реальным миром. Ты получаешь удовольствие, когда доказываешь теорему, но, когда начинаешь думать, сколько человек эту теорему понимают, наступает некоторое разочарование.

Будучи экстравертом, я с радостью взялся изучать геофизику. Мы тогда также занимались накоплением и математическим анализом сейсмологических данных. Мне довелось участвовать в полевом и камеральном изучении последствий спитакского землетрясения 1988 года. Находился в составе международной экспедиции в эпицентральной зоне в Армении, в Ленинакане (Гюмри) и Спитаке, собирал данные, которые потом обрабатывались и хранились в Москве.

— Работая в Институте физики Земли, вы защитили докторскую диссертацию, которая была посвящена землетрясениям. Считаете ли вы, что их можно научиться прогнозировать?

— И да, и нет. Ответить на вопрос, произойдет ли в данной точке землетрясение, когда оно произойдет и какой силы, я думаю, невозможно, как невозможно точно предсказать и то, что с нами будет через три года. Мы видим, сколько всего вокруг нас ожидаемо и неожиданно изменяется: обстоятельства, люди, инфраструктура.

То же можно сказать и о землетрясениях. Сейсмические события происходят, когда блоки Земли начинают двигаться и взаимодействовать друг с другом. Это создает напряжения, которые вызывают деформации. Последние генерируют вторичные напряжения. Когда они превышают порог прочности, происходит разрыв — деформации становятся необратимыми. Трудно точно предсказать, как будут двигаться эти блоки. Мы не можем проникнуть в Землю на достаточную глубину. Самая глубокая скважина в мире — Кольская сверхглубокая, это всего 13 км, а средняя глубина коры — около 35 км.

— Значит, спрогнозировать землетрясение нельзя. А что можно сделать?

— Мы можем прогнозировать места возможного возникновения землетрясений статистически или с помощью искусственного интеллекта и его частного случая — распознавания образов, что я и делал в докторской диссертации. Можно выделять зоны повышенной сейсмической опасности. В этом направлении надо продолжать повышать математический и технологический уровень исследований. Сегодня это выход на уровень нейронных сетей, больших данных. Следует продолжать устанавливать и изучать естественные причинно-следственные связи. Например, известно, что в Москве нет крупных разломов и гор, мы живем на равнине, речки у нас небыстрые. Соответственно, нет никаких признаков того, что эта территория тектонически активна. Можно сказать с почти стопроцентной вероятностью, что в Москве не будет сильного землетрясения.

— А на Дальнем Востоке, на Камчатке будут?

— Обязательно, поскольку нам известно устройство этих регионов. Сильное землетрясение может также произойти в Прибайкалье, вокруг озера Байкал. Иркутск — опасное место. К счастью, в целом для нашей страны землетрясения нельзя назвать главным стихийным бедствием. Это хорошая новость, в отличие от тех же США. В Лос-Анджелесе часто происходят землетрясения, Японию постоянно трясет. Мы можем критиковать свой климат, но то, что у нас мало сейсмоопасных областей,— это огромное преимущество географического расположения России.

Наши основные проблемы связаны с наводнениями и засухами — двумя сторонами одной медали, как мы убедились в этом году. А еще нам угрожают лесные пожары. В этом году, видимо, из-за очень сильных снегопадов и морозов перегрузились водохранилища — произошли паводки. С другой стороны, если нет осадков, тоже плохо.

Что можно сделать из музея

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

— Из Института физики Земли вы перешли работать в Геофизический центр (ГЦ) Российской академии наук, которому в этом году исполнилось 70 лет, долгие годы были его директором. Но ведь это не было изменением вашей деятельности — примерно тем же вы занимались в Институте физики Земли?

— Геофизический центр — важная часть моей жизни. В этом году мы организовали юбилейную конференцию «Наука о данных, геоинформатика и системный анализ в изучении Земли», посвященную юбилею ГЦ. На ней собралось более 150 ученых по наукам о Земле из многих регионов нашей страны, среди них 19 членов Российской академии наук. Среди участников были представители четырех зарубежных стран — Австрии, Китая, Индии и ЮАР. Горжусь уровнем и результатами этой конференции.

Но вернемся к вашему вопросу. В ГЦ моя деятельность существенно изменилась в научном плане. В Институте физики Земли я изучал землетрясения. В ГЦ я стал заниматься изучением и, главное, регистрацией магнитного поля Земли. Исторически ГЦ всегда был центром наблюдения за магнитным полем, регистрации событий в магнитосфере и сбора данных. С этим неразрывно связан научный анализ данных внутреннего и внешнего магнитных полей Земли. Центр сегодня получает, в реальном и квазиреальном времени обрабатывает и хранит данные 22 полномасштабных магнитных обсерваторий.

Когда в 2005 году я был избран директором ГЦ, многие обсерватории находились в плачевном состоянии. Хромала не только цифровизация, но и регистрация в целом. Оборудование устарело. Иностранцы говорили: «У вас тут что, музей?» Пришлось прежде всего заняться переоборудованием обсерваторий. Это был крупный и важный проект. В результате в России были восстановлены качественные полномасштабные магнитные наблюдения. Важный вклад в успех проекта внес академик—секретарь Отделения наук о Земле академик Александр Глико.

Мы продолжаем развитие российской сети магнитных обсерваторий. В прошлом году ГЦ РАН совместно с Институтом динамики геосфер им. академика Садовского РАН открыли совместную геомагнитную обсерваторию на базе геофизической обсерватории «Михнево» для магнитного мониторинга Москвы и Московской области.

— Почему важны знания о состоянии магнитного поля Земли?

— Мониторинг магнитного поля — это наш компас. Если мы владеем информацией о нем, мы знаем, где находимся. Сейчас мы в основном получаем это знание с помощью навигационных систем GPS и ГЛОНАСС. Но представьте, что они вышли из строя. Тогда без магнитных обсерваторий мы бы потеряли ориентировку.

Есть главное магнитное поле, которое генерирует Земля, и есть внешнее, происходящее в основном от Солнца. Второе поле вызывает существенные флуктуации. От этих флуктуаций зависит работа транспорта, электростанций, земной и околоземной техники в целом. Сильные магнитные бури воздействуют на трансформаторы электростанций. Суровый случай произошел 13–14 марта 1989 года в Канаде: провинция Квебек на день осталась без света во время сильнейшей геомагнитной бури с начала космической эры (1957 год). Значимые бури влияют на железнодорожный транспорт и, что очень важно, на радиосвязь. Например, из-за масштабных событий в магнитосфере могут отменить авиарейс через Северный полюс.

По части наблюдения магнитосферы сегодня мы вышли на уровень развитых стран: у нас действует система мониторинга высшего качества. В России работают десять обсерваторий международного класса, аттестованные комиссией международной сети INTERMAGNET. Столько же действует у американцев и канадцев.

Арктика и не только

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

— Этого количества обсерваторий достаточно?

— Нет. Нужно увеличить их число на берегу Северного Ледовитого океана.

— Зачем они там?

— Главный эффект от Солнца наблюдается в высоких широтах, близ магнитных полюсов Северного и Южного полушарий. Чтобы получить более полные данные о магнитосфере, необходимо расширять сеть магнитных обсерваторий.

— Какие у вас еще научные планы?

— Я занимаю пост председателя научного совета РАН по изучению Арктики и Антарктики. Изучение Арктики — завораживающее занятие. В этом году в рамках проекта «Наука и университеты» Геофизический центр прошел отбор и получил возможность создать молодежную лабораторию геоинформатики и больших данных Арктики. Ею руководит мой ученик, молодой доктор физико-математических наук Борис Дзебоев.

Молодые ученые под руководством более опытных специалистов исследуют здесь вопросы развития Арктической зоны РФ, в частности используя большие данные. Большие данные уже легли в основу анализа того, как изменения климата в Арктике воздействуют на железнодорожную инфраструктуру. Исследования ГЦ далеко не ограничиваются Арктическим регионом. В частности, сегодня наши ученые проводят комплексные геофизические исследования в Северной Осетии. Собранные данные послужат улучшению оценки сейсмической опасности Большого Кавказа.

В Сибири мы работаем над созданием подземной исследовательской лаборатории. Ведутся исследования устойчивости породных массивов. Эти знания помогут обеспечить безопасность подземной изоляции радиоактивных отходов.

Данные, с которыми мы работаем, становятся все разнообразнее как по объему, который растет подобно снежному кому, так и по скорости их возникновения, сбора и обработки. Сейчас меня интересует развитие науки о данных в этом направлении. Когда данные становятся действительно большими, они позволяют уловить многие неожиданные и даже скрытые закономерности. Вот ты нашел закономерность, которая вызывает сомнения. Подожди месяц — у тебя наберется еще больше объемной и разнообразной информации. Проверь то, что нашел с ее помощью. И так до получения результата, не вызывающего сомнений.

— Но, наверное, важно работать не только над изучением, но и над сохранением данных?

— Это правда. В ГЦ мы разрабатываем систему накопления и хранения больших данных. В нашем институте развернуто обширное хранилище, объем которого составляет 100 терабайт. Для примера: в нем хранятся уникальные альтиметрические данные о Каспийском море, снижение уровня которого сегодня обсуждается на уровне руководства стран Каспийского побережья. Мы стараемся сделать так, чтобы на каждом этапе информация копировалась и присутствовала в нескольких хранилищах.

Геофизический центр проводит научно-просветительские мероприятия, которые мы считаем важной функцией института РАН. Мы организовали четыре всероссийские школы молодых ученых проекта РНФ «Системный анализ динамики природных процессов в российской Арктике». Слушателями этих школ были более 300 молодых исследователей Арктики из многих городов России.

— Вы уже 20 лет в Геофизическом центре…

— Даже больше. До того как стать его директором, я тоже здесь работал. В те времена все геофизические институты Москвы и области были объединены в единый Объединенный институт физики Земли им. О. Ю. Шмидта РАН. ГЦ был его частью. Генеральным директором объединенного института был академик Владимир Страхов — известный классик мировой геофизики. В конце 1990-х — начале 2000-х годов я занимал пост одного из трех заместителей Владимира Николаевича. В направления, которые я вел, входили организация международной деятельности и курирование работы Геофизического центра. Еще до избрания директором ГЦ одно из моих рабочих мест территориально находилось в этом помещении.

— Но вы говорите, что каждые 10–12 лет вам надо менять свое научное направление. Не пора ли сменить поле деятельности?

— В принципе, несколько лет назад я уже это сделал, занявшись большими данными и наукой о данных в целом. Это направление открывает много новых возможностей.

— Значит, никуда уходить пока не собираетесь?

— Геофизический центр — это детище, в которое я вложил много сил. Сейчас руководство института эффективно продолжает мой ученик, известный ученый в области геоинформатики и геомагнетизма, член-корреспондент РАН Анатолий Соловьев. Он интересно и неординарно мыслящий, умеющий добиться результата директор. С ним вместе мы продолжаем выполнять непростое, крайне важное дело — дальнейшее развитие ГЦ в стороны фундаментальной науки и реального сектора экономики.

Чувствую пользу от своей работы, и это меня устраивает.

Беседовала Наталия Лескова