От квантовой физики до «Человека-муравья»: удивительная история научного прорыва

В мире науки редко случается, чтобы сложное физическое явление нашло отражение в популярной культуре. Однако история греческого математика Спироса Микалакиса показывает, как фундаментальное исследование может привести не только к научному прорыву, но и вдохновить голливудских сценаристов.

Всё началось с открытия квантового эффекта Холла в 1980 году немецким физиком Клаусом фон Клитцингом. Это явление, наблюдаемое в двумерных полупроводниках при низких температурах и сильных магнитных полях, демонстрирует удивительное свойство: электрическое сопротивление материала изменяется не плавно, а скачками, причем значения этих скачков кратны фундаментальным физическим константам. Эффект оказался настолько неожиданным и важным, что фон Клитцинг получил за его открытие Нобелевскую премию по физике всего через пять лет, в 1985 году. Однако теоретическое объяснение этого явления оставалось загадкой для физиков на протяжении десятилетий.

Спирос Микалакис, выросший в небольшом городке под Афинами, прибыл в Лос-Аламосскую национальную лабораторию в 2008 году как постдокторант. Его научный руководитель, Мэтью Хастингс, поставил перед ним амбициозную задачу: объяснить, почему проводимость Холла квантуется. «Когда мне дали эту задачу, я даже не знал, что такое проводимость Холла», - признаётся Микалакис. Первые месяцы работы были наполнены отчаянием и сомнениями. Микалакис даже запер в ящик стола книгу по топологическим квантовым числам, написанную одним из пионеров в этой области, Дэвидом Таулессом, так как не мог понять её содержание.

Ключом к решению стало понятие « квази-адиабатического продолжения » (quasi-adiabatic continuation, QAC), разработанное Хастингсом. Микалакис провел месяцы, пытаясь понять эту концепцию и применить её к проблеме квантового эффекта Холла. Главным достижением Микалакиса стало доказательство того, что проводимость Холла квантуется без необходимости усреднения по всему фазовому пространству — предположения, которое использовалось во всех предыдущих попытках объяснения этого явления.

«Это было похоже на решение головоломки, где каждый кусочек нужно было найти и поставить на своё место», - объясняет Микалакис. Его работа завершилась в ноябре 2009 года, но понадобилось ещё несколько лет, чтобы результат был полностью принят научным сообществом.

Удивительный поворот в карьере Микалакиса произошел в 2014 году, когда его пригласили консультировать создателей фильма « Человек-муравей » от Marvel Studios. «Я сидел в одиночестве за большим столом для совещаний, когда знакомый голос поприветствовал меня: «Эй, ты, должно быть, Спирос!» Я обернулся и увидел Пола Радда, голливудского актёра, с его знаменитой обезоруживающей улыбкой», - вспоминает Микалакис. Его задачей было объяснить, что происходит с физикой на квантовом уровне. Идеи Микалакиса о «квантовом мире» были включены в сценарий фильма, а позже стали ключевым элементом сюжета в блокбастере « Мстители: Финал ».

Работа Микалакиса открыла новые перспективы в области топологических фаз материи. Сегодня эти исследования прокладывают путь к технологиям будущего, таким как крупномасштабные отказоустойчивые квантовые вычисления. Профессор Ана Мария Рей из Университета Колорадо в Боулдере продолжает исследования в этой области, изучая фундаментальные вопросы о природе времени с помощью квантовых систем. «Наша работа показывает, что квантовый мир может иметь макроскопические проявления, которые мы только начинаем понимать», - говорит Рей.

История Микалакиса — это не только рассказ о научном открытии, но и урок настойчивости и веры в себя. «Я научился тому, что моя самооценка не связана с успехом в жизни. Я добился прогресса, разбивая проблему на простые части, которые мог понять. Для этого мне нужно было смириться с чувством некомпетентности большую часть времени», - делится Микалакис.

Эта история показывает, как настойчивость, междисциплинарный подход и поддержка близких могут привести к прорывам не только в науке, но и в популярной культуре, делая сложные физические концепции доступными и интересными для широкой аудитории. От квантового эффекта Холла до «квантового мира» в кинематографе вселенной Marvel — путешествие Спироса Микалакиса демонстрирует удивительную связь между фундаментальной наукой и массовой культурой, открывая новые горизонты для будущих исследований и технологических инноваций.