Вгаса-вгасу

С.В. Бухман и В.Ф. Бабкин (проректор по учебной работе) предложили мне стать заведующим кафедрой физики. Я согласился. В это время кафедра представляла собой самое печальное зрелище, поскольку протекла крыша и в лаборатории электричества и магнетизма, где на полу лежал кабель с напряжением 220 В и стояли лужи по щиколотку. Мне кажется, за три с половиной года заведования удалось сделать немало. Подновили лабораторный комплекс, самостоятельно переоснастив лабораторию электричества и магнетизма, обновили кадры, написали совместно с М.А. Преображенским курс лекций по общей физике, набрали аспирантов. Жизнь на кафедре несколько оживилась. Я читал бесплатные лекции по математическим моделям для молодых ученых всего Воронежа. К нам приходили на семинары ученые других воронежских вузов и организаций. Пусть не долго, но на кафедре поработали совместителями такие талантливые молодые ученые из ВГУ, как Л.С. Куркина и О.В. Овчинников. Но моя наука в итоге полностью остановилась. Я не умел переключаться с административной и преподавательской работы на научную и обратно. Практически готовые статьи лежали в ящике уже полтора года. Стало понятно, что либо нужно предпринять попытку вернуться в науку, либо становиться профессиональным администратором. После долгих колебаний я решил попробовать вернуться в науку. В это время ректором ВГАСУ стал И.С. Суровцев, сменив А.М. Болдырева, и я подал в отставку, избежав крайне щепетильной ситуации, в которой это прозвучало бы как нежелание работать с кем-то из них. При этом Болдырев помог мне стать тем, кто я есть, а Суровцев вообще был физик, т.е. «из своих».

И вот тут сказалось преимущество моего вуза как технического, тесно связанного с жизнью и производством. Строят всегда и везде – при социализме, при капитализме, при экономических подъемах и спадах. Ремонтируются мосты и здания, реконструируются трубы и дороги. Без этого остановится жизнь. Поэтому наиболее деловая, активная часть наших преподавателей зарабатывала, участвуя в реализации самых разнообразных проектов. Я еще раньше подключился к ним. Перечислю некоторые основные направления работ: материаловедение (совместно с В.Т. Перцевым, Ю.С. Золототрубовым), акустическая эмиссия при разрушении бетона (совместно с И.И. Ушаковым), вентиляция, пожарная безопасность, логистика, динамика мостов, разрушение деревянных конструкций, дорожные покрытия, реконструкция и ремонт жилого фонда (совместно с В.Я. Мищенко), коррозия железобетона, фибробетон, прогнозы социальной и экономической динамики, конкурентоспособность предприятий и др.

Всюду моей задачей было построение математической модели соответствующего процесса и его оптимизация. Особенно интересными и сложными с точки зрения математического описания оказались строительные материалы. Здесь все еще остается целый Монблан проблем. Начать, например, с исходных дисперсных компонентов. Ведь никто не покупает муку или цемент на объем, а воду и бензин, – пожалуйста. А все дело в том, что в жидкости молекулы располагаются довольно плотно и сжать жидкость очень трудно. В дисперсных же системах частички выстраивают причудливые непрочные внутренние каркасы, и без внешнего воздействия сухие дисперсии не оседают. Ну, а если подвергнуть, скажем, муку вибрации. Она будет долго оседать, становясь все плотнее. Сложные структуры возникают и в обводненных бетонных смесях, что определяет их весьма своеобразные текучие (реологические) свойства. Наконец, готовые бетоны на разрез представляют собой очень сложную запутанную структуру с сочетанием разномасштабных элементов. На практике же строители веками рассматривали свои исходные и конечные материалы как однородные. Но если мы стремимся расшифровать природу прочности и долговечности материалов, нам нужно посмотреть и понять их структуру на так называемом мезоуровне, т.е. на масштабах намного больше, чем отдельные молекулы, но намного меньше, чем те машины и приспособления, с которыми работают строители.

Задача казалась тупиковой. Но на помощь пришла новая замечательная математика – фракталы, которые придумал Б. Мандельброт. Они позволяют описывать ажурные самоподобные объекты как природного, так и искусственного происхождения. Суть его открытия состоит в том, что если объект очень изрезан, как береговая линия норвежского фьорда, то при измерении его длины в большом, скажем десятикилометровом масштабе, мы получим один результат. Уменьшив масштаб в два раза, мы с удивлением обнаружим, что полученная длина береговой линии резко возросла. Продолжая уменьшать масштаб, мы будем получать все большие значения. При этом зависимость длины от масштаба носит степенной характер с дробным показателем степени. Это совсем не похоже на измерение длины, скажем стола, где результат в сантиметрах уже не будет меняться в разы, если измерять точнее до миллиметров. Для таких привычных со времен Евклида измерений степень в зависимость длины от масштаба равна единице. Не очень просто и совсем непривычно, но зато здорово облегчает математическое описание множества природных объектов, начиная от облаков и снежинок и кончая белками, структурой земной коры, динамикой наводнений и финансовых рынков. Взрослый человек, выросший на школьной геометрии, противится этой новой необычной точке зрения. Умные французы, чтобы преодолеть барьер привычки, выставили фрактальные объекты на обозрение для школьников во Дворце открытий в Париже. У нас же до сих пор многие даже маститые ученые считают фракталы чем-то вроде мифического существа «тяни-толкая». Так вот, усилия физиков по синтезу материалов с учетом фрактального подхода позволили создать бетоны, превышающие прочность стали в сотни раз. Здесь и пролегает территория нанотехнологий, т.е. речь идет не о создание бетонов с размерами в нанометры, а в управлении их структурой на наноразмерном уровне с помощью различных физико-химических процессов и факторов. В общем, мне с коллегами из ВГАСУ удалось пронаблюдать и теоретически описать целый ряд интереснейших явлений в области строительных материалов, включая явление длительной релаксации сыпучих дисперсных материалов и сверхмедленное распространение в них звука, а также наблюдение за фрактальным ростом трещин в композиционных материалах по регистрации сигналов акустической эмиссии.