Владимир Бабицкий

Динамика — это sexy

Вот уже несколько лет подряд, в начале октября, я начинаю свой лекционный курс «Динамика» для нового потока будущих инженеров-механиков, а пока лишь студентов второго курса. Их около двухсот и у каждого своя судьба, приведшая в этот популярный среди инженеров английский университет, и свои планы на будущее.

Большинство из них хотят заниматься реальной механикой: обслуживать сложную технику, проектировать новые устройства, разрабатывать и совершенствовать производственные процессы. Такая деятельность на Западе хорошо оплачивается, и студенты с энтузиазмом осваивают все, что по их разумению могло бы помочь им обрести соответствующую квалификацию.

Они уже многое умеют, например, превратить свой замысел в рабочие чертежи с помощью компьютера и наметить технологию изготовления устройства по этим чертежам. К концу третьего года они должны сделать два инженерных проекта: индивидуальный и групповой. Темы для первого предлагаются преподавателями, второго — по заявкам промышленности.

Все это очень похоже на обучение инженеров-механиков в других странах, где мне приходилось работать: Германии, Советском Союзе, поэтому, приступив впервые к чтению курса и стараясь не терять драгоценного лекционного времени, я, после краткого объяснения структуры курса и порядка проведения занятий, постарался сразу начать с изложения фактического материала.

Через несколько недель, когда, как мне казалось, что курс планомерно развивается, ко мне в кабинет зашел глава отделения механики, профессор Нил Халливел.

— Владимир, ко мне приходила делегация от студенческого союза. Они жалуются, что лекции слишком сложные. They are unhappy.

В моём кабинете присутствовал мой коллега, Алекс Веприк, работавший со мной над этим курсом. Он был когда-то моим аспирантом в Москве, а сейчас присоединился к моей группе в качестве старшего лектора после успешной инженерной карьеры в Израиле.

— Подумаешь, unhappy, — фыркнул Алекс, — когда я учился в Кораблестроительном институте, в Николаеве, я был unhappy все пять лет и только благодаря этому чему-то выучился. — Если они happy, то идут не заниматься, а пить пиво в пабе.

— Да, но они же unhappy! — сказал Нил озабоченно. — Надо что-то предпринять. А что вы делали в России, если студентам было трудно постигать какой-либо курс?

— Тех, кто не справлялся, обычно отчисляли из университета, и мужчины должны были идти служить в армию на два или три года, — объяснил я.

— Сурово, хотя и стимулирующе, — сказал Нил, оценив оригинальность российской военно-педагогической системы. — Здесь это не получится. Студенты приносят университету деньги за учебу и хотят, чтобы их научили. В армии у нас служат профессионалы.

Я решил привести аргумент из более старой российской истории:

— Знаешь, Нил, когда моя мама оканчивала частную гимназию в 1917 году, произошла революция, и ученики тут же организовали в гимназии революционный комитет, который начал выпускать декреты, требовавшие обязательного исполнения учителями и гимназистами. Первый декрет был: «Запретить в гимназии преподавание буржуазной науки — тригонометрии!» Если студенческий союз будет диктовать нам, как их учить, у нас тоже начнутся проблемы с тригонометрией.

Посмеявшись, Нил посоветовал, уходя: «Сделайте курс sexy. Bloody teaching (чёртово преподавание — В.Б.) не должно нас серьёзно отвлекать от исследовательской работы.»

Надо было что-то придумать. По своей сути курс динамики, который лучше всего определить, как общую теорию процессов (в нашем случае механических: сложные движения, вибрация, волны, соударения, шум и т.п.), широко использует различные математические методы, которые видимо наиболее затрудняли студентов.

Новое поколение инженеров привыкает получать результаты в основном с помощью компьютерных программ или измерительных средств, и им было трудно улавливать физическое содержание аналитических преобразований.

Для начала мы стали насыщать курс задачами с ясными практическими приложениями, компьютерными демонстрациями решений уравнений и экспериментами на реальных установках. Кроме того, в наши лекционные пособия, которыми мы должны были снабдить студентов, мы внесли специально приспособленное изложение основных математических сведений, необходимых для понимания курса.

Интерес к курсу стал возрастать. Однако, войдя в азарт, мне хотелось теперь придумать что-то такое, что выделило бы значение этого курса среди всех остальных. И такая идея нашлась.

* * *

Первую лекцию всех последующих курсов, я начинал теперь с вопроса:

— Слышали ли вы о скрипках Страдивари?

За все годы ни разу ни одна рука не поднялась в ответ. Студентов-инженеров скрипки не интересовали.

Я рассказывал им, что 300 лет тому назад в итальянском городе Кремоне работал уникальный мастер струнных инструментов — Антонио Страдивари, скрипку или виолончель которого мечтает до сих пор иметь каждый концертирующий музыкант. Студенты слушали рассеянно, не понимая, куда я клоню.

— Как, по-вашему, сколько стоит сегодня такая скрипка? — спрашивал я аудиторию.

— 10,000? — был обычный первый ответ (на некоторых потоках называлась иногда даже цена в 1000 фунтов).

Я начинал игру на аукционе: «Гораздо больше!»

— Что, 100,000? — с недоверием вопрошали слушатели, втягиваясь в игру.

— Гораздо больше!

— Миллион???!!! — возбужденно выдыхала аудитория.

— Даже больше. В 2011 году скрипка «Lady Blunt» 1721 года была продана на аукционе за 15.9 миллионов долларов. Скрипка принадлежала 30 лет леди Блант — внучке лорда Байрона. (Каждый год я обычно приводил цены текущих продаж. Здесь, я называю для читателей одну из последних сделок.)

Такие цифры моих студентов явно увлекали, и я чувствовал теперь пристальный интерес аудитории. Коммерческий успех проектирования скрипок серьёзно заинтересовал будущих инженеров.

— А теперь скажите мне, за сколько можно купить скрипку в ближайшем музыкальном магазине?

Это они знали. Около ста фунтов.

— Посмотрите на картинку двух скрипок, — показывал я. — Одна стоит миллионы, другая сто фунтов. Вы — будущие дизайнеры. В чем вы видите разницу?

Скрипка за 100 фунтов сверкала новеньким лаком и выглядела даже более привлекательно по сравнению с тусклым отсветом и явными следами старости у скрипки Страдивари.

— Почему же вместо того, чтобы купить такую красивую скрипку за 100 фунтов, самые выдающиеся музыканты готовы годами расплачиваться с банками по миллионным займам, чтобы играть на старом Страдивари — пределе их мечты?

Аудитория недоуменно молчала.

— Потому что скрипка Страдивари способна в опытных руках издавать великолепный звук, которого невозможно добиться на дешевых скрипках. А звук — это вибрация, основа динамических процессов. И, следовательно, хорошо организованная динамика может помочь дизайнеру превратить простые материалы, из которых делаются, например, струнные инструменты, в бесценный продукт, и эту ценность он способен иногда сохранять столетиями. Не это ли реализация извечной мечты алхимиков, превращать простые материалы в драгоценные?!

— Не все секреты динамики расшифрованы, но многое удалось понять. Вот этой науке мы и будем учить вас, чтобы вы были способны вдохнуть высокое качество и долголетие в любой инженерный продукт, — заключал я свое введение в предмет перед притихшей и сосредоточенно внимавшей аудиторией.

Все последующие годы студенты изучали динамику с большим энтузиазмом, и наш курс неизменно заканчивался аплодисментами.

* * *

Постепенно я начал понимать, что имел в виду Нил Халливел, предложив нам сделать курс sexy. Однако, мне всё-таки хотелось довести идею до логического конца. И это я решил сделать во время моей иннаугурационной лекции.

Эта лекция имеет целью познакомить широкую публику с новым профессором, областью его интересов и его видением будущего. Свою лекцию я прочитал в конце 1997 года.

По объёму подготовки, это была, пожалуй, самая сложная лекция в моей жизни. Мне, иностранному профессору, нужно было завоевать разношёрстную и высокопрофессиональную академическую аудиторию и широкую английскую публику новыми техническими идеями, с помощью простых объяснений, не используя никакой математики, хотя объявленная мной тема лекции была: «Нелинейная динамика: математический вызов или инженерный прорыв?»

Инаугурационная лекция широко объявляется в местной прессе. На неё приглашаются все желающие, и некоторые слушатели приходят с партнерами или даже с интересующимися наукой школьниками. Поэтому огромная многоярусная аудитория была заполнена публикой.

Лекцию я начал с короткого описания модных математических теорий: хаоса (теория неупорядоченного поведения), катастроф (теория неожиданных переходов), синергетики (теория самоорганизации), солитонов (теория уединенных волн), использующих методы нелинейной динамики. Затем, сославшись на известное высказывание Эйнштейна, что Бог интегрирует эмпирически, я посвятил всю последующую часть лекции демонстрациям. С помощью размещённых в различных частях сцены экспериментальных установок, подсвечиваемых по ходу презентации, показывались разнообразные и малоизвестные нелинейные явления. Некоторые носили характер эффектных ‘фокусов’, которые я запускал с помощью ‘волшебной палочки’.

На слайдах и в натуре показывались технические устройства, основанные на использовании этих явлений. Демонстрировались фрагменты фильмов, работающего на нелинейных принципах экспериментального технологического оборудования, разработанного в моей бывшей лаборатории в Москве. Фильмы снимались в перестроечные времена профессиональными кинематографистами из научно-документальных студий. По ходу лекции главные темы комментировались появлявшимися на экране остроумными изречениями знаменитых людей.

Для того чтобы не запутаться в этом сложном сценарии, мне пришлось даже написать и отрепетировать программу моего движения по сцене, установив в нужных местах соответствующие выключатели.

В заключение лекции я обратился к присутствующим дамам. Я объявил, что, по моему мнению, нелинейная динамика способна не только внести радикальные изменения в техносферу, но и украсить повседневный быт, и предложил оценить новую женскую прическу, а точнее новый стиль причесок, использующий принципы нелинейной динамики.

Предварительно, я договорился с одной из наших молодых преподавательниц ассистировать мне. Я использовал малые циклические вертикальные движения туловища и головы, которые происходят при ходьбе у каждого человека. Далее, основную частоту свободных колебаний её длинных волос, красиво завитых и завязанных в виде хвоста, я настроил как физический маятник на половинную частоту её шагов во время ходьбы. В результате, при ходьбе создавались условия возбуждения главного параметрического резонанса (как при раскачивании на качелях), одного из самых динамичных резонансных явлений.

Обладая энергичной походкой, молодая леди элегантно прошла по подиуму с гордо поднятой головой, и при этом её волосы мощно раскачивались из стороны в сторону перпендикулярно её движению, совершая дополнительные сложные колебания. В конце каждого полуцикла колебаний они эффектно рассыпались в хаотическом беспорядке, чтобы потом опять собраться в красивый пучок в середине полуцикла. Публика бурно аплодировала этой демонстрации.

Лекцию, я закончил стихами:

Unsteady dynamics is our trade.
We’ll cut the ceramics and damp turbine blades.
But all complex motions in any aspect
Will give us emotions: delight and respect.

(Беспокойная динамика — наша профессия. Мы будем резать керамики, и демпфировать лопатки турбин. Однако любые сложные движения и в любом аспекте принесут нам чувство восхищения и поклонения. — В.Б.)

Через пару дней после лекции я получил в свой компьютер сообщение из Саутгемптона, от главного редактора основного международного научного журнала в области звука и вибрации: «Поздравляю с превосходной лекцией. Я слышал, что Вы полностью обошлись без математики и демонстрировали в конце лекции молодую леди с динамично развевающимися волосами. Фил Доак». Инаугурация в Англии состоялась.

* * *

P.S. Должен признаться, что последняя демонстрация имела и незапланированный, но не менее впечатляющий, побочный эффект. Во время ходьбы, в колебательное движение были вовлечены и другие части тела молодой леди. Эффект нашёл неожиданное применение. Несколько лет спустя, во время инаугурационной лекции, один из наших английских профессоров-оптиков продемонстрировал использование современных научных методов в проектировании бюстгальтеров.