Ученый СО РАН Сергей Саженков – о гидродинамике, математических моделях и энтропии
В Алтайском государственном университете проходят тематические мероприятия, посвященные Дню российской науки. Один из приглашенных гостей – Сергей Александрович Саженков, доктор физико-математических наук по специальности «Дифференциальные уравнения и математическая физика». Эксперт приехал в АлтГУ из Института гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН. «ЗН»
узнала, чем так интересны гидродинамика и механика.
– Сергей Александрович, вы приглашенный эксперт на Дни российской науки, проводимые в АлтГУ. Про что вы рассказали на лекции?
– На лекции я рассказал о проектах, которыми занимаюсь с 2020 года. Сосредоточился на научно-популярных темах: моделировании композитных материалов, свойствах упругости и так далее. Затронул тему своего основного научного интереса – решение задач с импульсными условиями. Если объяснять на более обыденном, понятном уровне, то можно представить объем жидкости, на которую падает плита, – происходит импульс, удар. Весь этот процесс описывается довольно сложными уравнениями. Например, моя коллега Ольга Николаевна Гончарова, профессор кафедры дифференциальных уравнений АлтГУ, занимается механикой многослойных сред. Это применимо и в химии. Еще один проект, который стоит внимания, связан с ледокольной тематикой. Для эксперимента запускают подводный ледокольный беспилотный аппарат, а мы, математики, составляем математические модели его работы. Из последнего, на чем многие сосредоточены, – рост биологической ткани, как пример, раковой опухоли. Для того чтобы прийти к решению этой проблемы, разрабатывают сложнейшие математические модели, затем они апробируются уже профильными специалистами, теми же медиками. Работая в этом институте, я решаю задачи теории упругости, они связаны с дизайном и производством композитных и умных материалов, которые могут быть использованы в дальнейшем в медицине, транспорте и других областях.
– Гидродинамика – сложное научное понятие. Что может удивить в нем обывателя?
– Возможно, вы видели видео с самособирающимся шариком – его кидают, он расползается, а позже собирается заново в первоначальную форму. Это такая вязкоупругая среда. Она не очень стабильна, поэтому такой шарик долго не живет. Удивительно, что математические модели такого процесса довольно сложные. Еще одно важное направление – стоматология. Сейчас есть возможность создать челюсть, которая растет вместе с человеком за счет специальных закладок, которые помещаются в челюсть. Без математической модели рассчитать это было бы невозможно. Удивить могут и исследования, связанные с океаном, подводными водопадами. В распоряжении Министерства образования и науки Российской Федерации есть суда, коллеги отправляются в дальнее плавание, например до юга Аргентины. Зачем так далеко? Чтобы исследовать водопады высотой 3–4 километра под водой. Явление удивительное – очень сложное и устойчивое, существует тысячи лет. Точной математической модели для этого явления до сих пор не написано.
– С какими актуальными задачами сталкиваются математики?
– Сейчас много задач связано с искусственным интеллектом и с обработкой больших баз данных, машинным обучением. С этим должны работать молодые! Они в этом росли и лучше разбираются. Моя тематика – механика, а она связана с функциональными и умными материалами, как я уже говорил, океанологией, изменением климата. Изучаем влияние антропогенного фактора на эти природные изменения. Потепление в любом случае происходит, есть объективные факторы, надо только понять, что с этим делать. Если температура на всей планете поднимется на один градус, то уровень воды в океане поднимется на один метр. Активно развивается ракетно-космическая тематика. Актуальная тема – автомобильная, а особенно электромобили. «Росатом» вплотную занимается этим, ведь в России производство электричества избыточно и эту проблему нужно решать. Если запустить электромобили, то, надо думать, избыточность пропадет.
– Одна из ваших ключевых научных публикаций – «Энтропийные решения нелинейных задач динамики многофазных сред». О чем это, если говорить простым языком? Зачем это изучать?
– По сути, мы описываем природные явления с помощью уравнений. До сих пор не понимаю, как древние греки решали сложные геометрические задачи, не зная уравнений. Они строили дома. Но как это рассчитать? Уровень абстракции запредельный. Нам в некотором смысле проще, потому что мы уравнения знаем. Касательно публикации: есть процессы типа ударной волны, хлопка, взрыва. К ним пишутся уравнения. Оказывается, что эти процессы поддаются исследованию, но решений у уравнений может быть много. Это плохо, потому что в природе реализуется один процесс. С этим связано понятие энтропии. Энтропия – некоторая мера хаоса. С помощью энтропии вводится селектор, который отбрасывает все решения, кроме одного. Это, кстати, можно сравнить с любым коллективом: если его не контролировать снаружи, то внутри рано или поздно начнет расти хаос. Одна из моих новейших публикаций – «Импульсные уравнения Кельвина – Фойгта динамики несжимаемой вязкоупругой жидкости». Опять-таки, она связана с импульсом, но эта задача для меня – теоретическая. Смысл публикации заключается в построении достаточно простой модели, которая поможет при проведении численного моделирования импульсных процессов в вязкоупругих средах. Например, численное решение модели, в принципе, может достаточно хорошо описывать скорость ударной волны при ковке раскаленных металлов.
– Как мне известно, вы сын наших преподавателей Александра Николаевича и Татьяны Владимировны Саженковых. Можно ли сказать, что с детства вы с математикой – на ты?
– Можно так сказать, да. В отличие от своих младших сестер, которые окончили барнаульскую физматшколу № 42, я учился в английской школе № 22. Хоть и учился в английской школе, но активно участвовал в краевой олимпиаде по математике. Мне нравилось решать задачи по планиметрии, тригонометрии. Пока учился, часто посещал математический факультет АлтГУ, играл в шахматы и, выходит дело, постоянно находился в академической среде. После девятого класса уехал в новосибирскую физматшколу. Там и продолжил свой научный путь. С родителями математические интересы у нас разные. Отец изучает теорию функций – это чистая математика со сложными и абстрактными понятиями. Мама, наоборот, занимается более приземленной тематикой – математической экономикой. Модели довольно прикладные. Я же занимаюсь механикой жидкостей, газов, это больше связано с физикой.
Эльвира ПЕТРЕНЕВА
Фото Дмитрия ГЕРАЙКИНА
