Радиофизика Таланова
НАЧАЛО ПУТИ Владимир Ильич Таланов родился в 1933 г. в Горьком. В 1955 г. по окончании радиофизического факультета Горьковского государственного университета им. Н. И. Лобачевского (в наши дни — ННГУ) он продолжил обучение в аспирантуре, выполнив под руководством профессора Михаила Адольфовича Миллера цикл работ по дифракции поверхностных электромагнитных волн. В 1959 году по результатам этих исследований, легших в основу разработки нового класса передающих антенн с высокой степенью направленности, молодой ученый защитил диссертацию и получил звание кандидата физико-математических наук. Уже в первых работах отчетливо проявилась характерная черта его научного стиля — стремление к получению строгого аналитического результата и реализации на его основе новых экспериментальных возможностей.
По мнению члена-корреспондента РАН Виталия Анатольевича Зверева, Владимир Ильич Таланов во многом очень похож на своего учителя Михаила Адольфовича Миллера, «настолько, что он будто бы клонировал его самые лучшие, завидные качества. Та же принципиальность, тот же быстрый ум, те же энциклопедические познания и умение видеть, чувствовать актуальную тематику, что чрезвычайно важно».
— Работая многие годы рядом с ними, я всегда отмечал, что к Владимиру Ильичу точно так же, как и к Михаилу Адольфовичу, тянутся наиболее способные и талантливые люди, — добавляет Виталий Анатольевич.
В 1957–1977 гг. Владимир Таланов работал в Научно-исследовательском радиофизическом институте (НИРФИ), в стенах которого им были получены многие из широко известных результатов.
В начале 60-х он успешно применил метод параболического уравнения для построения квазиоптической теории открытых резонаторов и волноводов, востребованной в те годы для решения актуальных задач электродинамики СВЧ. В эти же годы у В. И. Таланова стали появляться первые ученики, начала постепенно формироваться его научная школа, получившая впоследствии название «Квазиоптические методы в теории дифракции, распространения и нелинейного самовоздействия и взаимодействия волн». В этой научной школе линейная и нелинейная квазиоптика стала ключом к решению задач из различных областей волновой физики.
«НЕЛИНЕЙНЫЕ» ГОДЫ В 1960-е гг. в связи с появлением лазеров особую актуальность приобрели задачи нелинейной оптики — нелинейного взаимодействия и самовоздействия мощного оптического излучения в различных средах, и это направление исследований стало в тот период для В. И. Таланова основным. В те «нелинейные годы», когда быстро формировались и множились новые разделы физики волновых процессов, он получил ряд значимых результатов, которые легли в основу теории самофокусировки волновых пучков в средах с кубической нелинейностью. Среди них — автомодельные решения нелинейного параболического уравнения для таких пучков; фундаментальный результат о поперечной неустойчивости плоской волны в нелинейной среде (совместно с В. И. Беспаловым); развитие общей теории пространственно-временного самовоздействия волн в диспергирующих средах (совместно с А. Г. Литваком); метод усредненного описания волновых пучков в нелинейных средах, давший возможность сформулировать критерий самофокусировки пучков произвольного профиля (совместно с С. Н. Власовым и В. А. Петрищевым); установление характера особенности поля вблизи фокуса (совместно с С. Н. Власовым и Л. В. Пискуновой).
— Я стал аспирантом Михаила Адольфовича Миллера в 1962 году, и так получилось, что на моих глазах Владимир Таланов занялся линейной электродинамикой квазиоптических систем и параллельно с этим построил первое решение в теории самофокусировки электромагнитных волн, — рассказывает научный руководитель ИПФ РАН академик Александр Григорьевич Литвак. — Объединив эти два направления, он развил получившую мировое признание теорию самовоздействия параксиальных волновых пучков в нелинейных средах. Здесь особенно ярко, на мой взгляд, проявилось характерное для Таланова умение демонстрировать новые физические идеи на простых моделях в сочетании с первоклассным владением аппаратом матфизики для получения точных решений. Мне очень повезло, что на начальном этапе моей работы в науке я имел возможность тесного контакта и непосредственного сотрудничества с Владимиром Ильичом.
На основе цикла работ по линейной и нелинейной квазиоптике В. И. Таланов в 1967 г. защитил докторскую диссертацию.
Последовавшие затем исследования также привели к ряду новых важных результатов в области нелинейной оптики. На рубеже 1960–70х гг. В. И. Талановым был экспериментально обнаружен и исследован эффект генерации спектрального континуума (аномального уширения спектра) при самофокусировке света в средах с малоинерционной электронной нелинейностью. Результаты Н. Г. Бондаренко, И. В. Ереминой и В. И. Таланова, опубликованные в журнале «Письма в ЖЭТФ» в 1970 г., были «обнародованы» параллельно с аналогичной работой американских авторов, но именно в группе В. И. Таланова эффект получил правильную интерпретацию и понимание. Красивый оптический эффект спектрального суперконтинуума, как он потом стал называться, нашел уже в наше время разнообразные применения в спектроскопии сверхвысокого разрешения и оптических измерениях со сверхкороткими (фемтосекундными) импульсами. В дальнейшем В. И. Талановым был выполнен цикл пионерских экспериментальных работ по нелинейному распространению мощного лазерного излучения в атмосферных газах (совместно с В. С. Авербахом, А. И. Макаровым, А. К. Потемкиным). Начавшись как прикладные исследования, эти работы положили начало новому направлению — нелинейной оптике атмосферы. Опубликованные значительно позднее результаты сотрудников Ливерморской национальной лаборатории США полностью подтвердили данные, полученные группой В. И. Таланова.
В 1987 г. В. И. Таланов был избран членом-корреспондентом АН СССР по Отделению общей физики и астрономии, а в 1992 г. — действительным членом вновь образованной Российской академии наук.
За исследования явления самофокусировки электромагнитных волн ученый в составе коллектива в 1988 г. был удостоен Ленинской премии. Цикл его работ по этой тематике составил основу совместной с С. Н. Власовым монографии «Самофокусировка волн», изданной в 1997 г. Позднее, в 2000-х гг., ими же был развит оригинальный метод декомпозиции волновых уравнений, позволяющий анализировать эффекты самофокусировки и модуляционной неустойчивости для широкополосных волновых пучков.
ВОЛНУЮЩИЙСЯ ОКЕАН С образованием в 1977 г. ИПФ АН СССР вся дальнейшая научная биография В. И. Таланова связана с этим институтом, ставшим первым в городе Горьком академическим институтом физического профиля. Возглавив по предложению основателя и первого директора ИПФ академика Андрея Викторовича Гапонова-Грехова отдел нелинейных колебаний и волн, а впоследствии отделение гидрофизики и гидроакустики, Владимир Ильич сосредоточился на новой для себя и института области исследований — на изучении волновых процессов в океане и методов их дистанционной диагностики. Отличительная черта его научного стиля — умение быстро входить в новую тематику, ставить и решать наиболее важные для ее продвижения задачи.
Одна из задач заключалась тогда в выяснении физических механизмов проявления на поверхности океана гидродинамических процессов в водной толще. Одним из наиболее актуальных был вопрос о воздействии внутренних волн и неоднородных течений на ветровое волнение, которое легко, в отличие от внутренних процессов, поддается наблюдению с помощью дистанционных средств бортового базирования (корабельных, авиационных, космических). Предложенный В. И. Талановым адиабатический подход к решению общей задачи взаимодействия волн существенно различных пространственно-временных масштабов привел к разработке им совместно с А. Я. Басовичем и В. В. Бахановым кинематической модели воздействия интенсивных внутренних волн на ветровое волнение. Эта модель, получившая широкую известность среди специалистов, была затем многократно подтверждена в натурных исследованиях, выполненных сотрудниками ИПФ РАН в различных акваториях океана и прибрежных морей, на ее основе были развиты эффективные радиофизические методы диагностики верхнего слоя океана.
Параллельно с этим В. И. Таланов внес важнейший вклад в создание передовой экспериментальной базы ИПФ РАН в области гидрофизики, предложив оригинальный принцип лабораторного моделирования верхнего слоя реального океана с учетом его стратификации, то есть разделения водной толщи на слои различной плотности. Разработанная на этой основе конструкция опытового бассейна позволила создать уникальный экспериментальный стенд, не имеющий аналогов в гидрофизических лабораториях мира, — Большой термостратифицированный бассейн ИПФ РАН, запущенный в эксплуатацию в 1991 г. после успешной апробации предложенного подхода в лабораторных бассейнах меньших размеров. Уникальность стенда заключается в возможности проведения масштабного (в соотношении примерно 1:100) моделирования процессов в верхнем слое океана, что обеспечило новые возможности для разработки как физических моделей характерных для океана волновых процессов и их взаимодействий, так и методов дистанционной диагностики океана «через» его поверхность оптическими и радиолокационными средствами. Под его непосредственным руководством, а затем и руководством его учеников, на этом стенде был выполнен обширный цикл фундаментальных и прикладных работ по исследованию разнообразных физических явлений в верхнем слое океана. Большой термостратифицированный бассейн ИПФ РАН по праву входит в реестр уникальных экспериментальных установок России, это одна из известных «визитных карточек» института.
В. И. Таланов сыграл важную роль при выполнении ИПФ РАН пионерских работ и в другом направлении гидрофизических исследований — по низкочастотной акустике океана. В этих работах были получены уникальные для своего времени (середина 1980-х гг.) экспериментальные результаты и обоснованы принципы построения перспективных систем акустического освещения подводной обстановки. На основе его предложений были конструктивно усовершенствованы разрабатываемые в ИПФ мощные гидроакустические излучатели в диапазоне низких частот, необходимые для активной диагностики океана на больших расстояниях (на сотни и даже тысячи километров). И в этих работах, на первый взгляд, мало связанных с его предшествующими исследованиями, им был успешно применен богатый квазиоптический «арсенал». Например, один из важных теоретических результатов заключался в развитой им общей теории синтеза излучающих антенн в многомодовых волноводах, роль которых для звуковых волн в океане играют подводные звуковые каналы. Совместно с А. И. Малехановым аналогичный подход был развит затем для решения задач пространственной обработки акустических сигналов в условиях, характерных для океанических волноводов.
За важный вклад в исследования в области гидрофизики и гидроакустики В. И. Таланов в 1989 г. был награжден орденом Трудового Красного Знамени, а в 1996 г. — медалью «300 лет Российскому флоту».
С середины 1990-х годов накопленный в ИПФ РАН опыт исследований и разработок в области акустической диагностики океана по предложению В. И. Таланова стимулировал развитие в другом направлении акустической диагностики и мониторинга природных сред — в области сейсмоакустики. В отличие от нестационарного и постоянно «волнующегося» океана, земные породы являются достаточно стабильной средой распространения звуковых волн, но их внутреннее «устройство» оказывается значительно более сложным и структурированным, что стимулирует разработку методов дистанционной диагностики с высоким пространственным разрешением. В основу нового направления было положено использование пространственно-временных корреляционных свойств специальных излучаемых сигналов, зондирующих земные породы, и «подогнанных» под эти свойства методов обработки сигналов в приемной системе. С учетом этих физических аспектов направление получило «говорящее» название — когерентная сейсмоакустика (по аналогии с когерентной оптикой, так же основанной на использовании когерентных свойств лазерного излучения). Полученные в ИПФ РАН экспериментальные результаты показали возможности построения систем акустической диагностики высокого разрешения в приложении к различным задачам геофизики и сейсморазведки (совместно с В. С. Авербахом, А. В. Лебедевым, А. И. Малехановым и группой сотрудников). Некоторые из этих результатов также связаны с исследованием океана, а именно, с диагностикой структуры и состава донных пород на океаническом шельфе
ОСНОВОПОЛОЖНИК НАУЧНОЙ ШКОЛЫ В 2008 году по решению редакционно-издательского совета ИПФ РАН к 75-летию академика В. И. Таланова был издан сборник его избранных трудов, выполненных на полувековом творческом пути в науке. Представленные в издании работы отразили как личные научные интересы автора, его «переключения» с одной тематики на другую, так и в целом тематику тех важных задач, которые стояли в разное время перед НИРФИ и ИПФ РАН. На основе этих работ сформировалась научная школа, к которой причисляют себя сегодня не только непосредственные ученики и ближайшие коллеги Владимира Ильича, но и значительно более широкий круг специалистов ИПФ РАН и ННГУ.
— Школа академика Таланова представляет собой пример такой научной школы, где главное объединяющее звено заключается в общности подхода к решению задач, причем сами эти задачи относятся к весьма различным и даже далеким по формальным признакам направлениям исследований. Действительно, среди научных направлений школы — нелинейная оптика и оптика мутных сред, электродинамика волновых пучков и пакетов в диспергирующих средах, волновые процессы в океане, радиолокационное зондирование морской поверхности, сейсмоакустика высокого разрешения. Вместе с тем, исследования по всем этим направлениям объединены общей методологической основой, что позволяет говорить о школе как о коллективе единомышленников, — поясняет один из «школьников», заведующий отделом геофизической акустики ИПФ РАН к. ф. — м. н. Александр Игоревич Малеханов.
— Владимир Ильич в кругу своих ближайших сотрудников и учеников зовется Учителем, и совсем не только в узком смысле (то есть как человек, который знает, как поставить и затем решить задачу), но гораздо шире — по отношению к науке вообще и к жизни, — дополняет ведущий научный сотрудник ИПФ РАН д. ф. — м. н. Сергей Николаевич Власов. — Например, среди его постулатов есть такие, которые касаются публикаций научных результатов: публикация возможна после достижения полной ясности в проблеме; если работа не цитируется, значит, она неправильна; если задача оказалась уже решенной другими, пусть даже за рубежом, ищи себе другую… В итоге, если посмотреть, у него не так уж и много статей для ученого его академического звания и известности, скорее даже мало — немногим более 160. Но зато какие это работы!
С первых лет становления своей научной школы Владимир Ильич Таланов активно развивал ее взаимодействие не только с другими научными коллективами, но и со своей alma mater — радиофизическим факультетом ННГУ. Студентам этого факультета еще в молодые свои годы он читал общий курс по теории электромагнитного поля. В 1973 году профессор В. И. Таланов возглавил кафедру электродинамики, переняв эту эстафету от своего учителя, профессора М. А. Миллера. Заведуя кафедрой на протяжении почти 30 лет, Владимир Ильич читал студентам оригинальный спецкурс по асимптотическим методам теории волн (фактически, по квазиоптике), так что многие «школьники» получили свои знания непосредственно из его «первых рук», и это одно из ярких воплощений ключевой идеи основоположников самого факультета — знания студенты должны получать непосредственно с переднего края науки. Его курс был настолько оригинальным, что некоторые постановки новых задач и будущие статьи рождались при подготовке лекций и их обсуждении со студентами. По ряду направлений своих исследований школа сотрудничает и с другими кафедрами факультета — кафедрами акустики, статистической радиофизики. В 2000 году В. И. Таланов был удостоен звания почетного профессора ННГУ в знак признания его заслуг перед университетом.
— Радиофизика — относительно молодая область физики, в которой с самого ее зарождения нижегородцы приняли заметное участие. Первый в стране радиофизический факультет университета, первый в стране радиофизический НИИ (НИРФИ) и специализированный журнал — «Известия вузов. Радиофизика». Вместе с тем строгого и общепринятого определения радиофизики как отдельной области науки до сих пор нет, несмотря на ее признание в качестве таковой в научном сообществе (даже по всем формальным признакам, включая наличие специальности ВАК). Тем не менее, если говорить о неформальном подходе к этому определению, то можно утверждать: то, что делает Владимир Ильич Таланов, — это и есть радиофизика, причем радиофизика самого высокого уровня, — заметил однажды академик Андрей Викторович Гапонов-Грехов по случаю одного из прошлых юбилеев Владимира Ильича.
— В ученой среде есть собственное представление о красоте, что-то вроде научной эстетики. Если бы составлялся топ-рейтинг самых красивых теорем в современной физике, я отдал бы свой голос за теорему Таланова для самофокусировки, — признается президент РАН академик Александр Михайлович Сергеев. — Она вообще отражает основные черты его научного творчества — строгость и глубину. Владимир Ильич обладает даром какого-то особо глубокого восприятия и понимания научной задачи, четкого разложения по базису собственных представлений и способностью задавать такие вопросы, которые заставляют любую аудиторию замолчать и внимательно следить за ходом научной дискуссии.
Редакция журнала «Поиск-НН» сердечно поздравляет Владимира Ильича Таланова с 85-летием и желает ему крепкого здоровья, благополучия и новых научных побед.
