RAZGOVORNIK

FOTONIČKO 21. STOLEĆE

Milivoj Belić

„Pri kraju svoje aktivne fizičarske karijere još uvek smatram da se ne treba zatvarati u svoju oblast, već širiti horizonte i tražiti nove izazove, kaže dr Milivoj Belić, redovni profesor na Teksaskom A&M univerzitetu u Kataru. Njegov istraživački rad fokusiran na teorijsku fiziku, posebno nelinearnu optiku i dinamiku nelinearnih optičkih sistema.

Laboratorija za nelinearnu fiziku Instituta za fiziku u Beogradu organizovala 18. i 19. februara 2021. godine radionicu „Nelinearna i matematička fizika u čast sedamdesetog rođendana profesora dr Milivoja Belića. Sva predavanja su održana putem Zoom platforme. Organizacioni odbor činili su: dr Milan Petrović, dr Aleksandra Strinić, dr Goran Isić, dr Igor Popov, dr Branislav Aleksić i dr Stanko Nikolić, koji su, zajedno s drugim kolegama, držali predavanja. Kako organizatori navode, dr Belić je proširio granice nelinearne fotonike na druga istraživačka područja, a posebno se ističu istraživanja Talbotovih svetlosnih ćilima i propagacije u frakcionim Šredingerovim i talasnim jednačinama.

„Jedan od mojih mentora sa Gradskog koledža Njujorka, prof. Melvin Leks, negde početkom 1977. upitao me je da li bih radio na nestabilnim laserskim rezonatorima, kao jednom delu svoje teze. Pokazao mi je izlazni zrak iz lasera velike snage – nagorelu plastičnu foliju – i rekao da niko ne razume zašto transverzna raspodela intenziteta izgleda tako kako izgleda: neuređeno i haotično, mada je aktivna laserska sredina opisana jednostavnim determinističkim zakonom. Ali – nelinearnim!

Kao jedan od fizičara iz Srbije sa izuzetno uspešnom karijerom u inostranstvu, radoznao, neposredan i uvek spreman da pruži podršku, on brižljivo neguje saradnju sa ogromnim brojem fizičara svih generacija i istovremeno održava tesne veze sa Institutom za fiziku u Beogradu. Tokom bogate karijere, prof. dr Milivoj Belić objavio je šest knjiga i više od 500 naučnih radova, koji su, sudeći prema podacima Google Scholar, citirani više od 12 hiljada puta. Doprineo je brojnim oblastima fizike, ali pre svega istraživanjima u takozvanoj nelinearnoj optici.

Istraživački interes našeg sagovornika od početka je fokusiran na nelinearnu optiku i dinamiku nelinearnih optičkih sistema. Istraživao je nekonvencionalne fizičke sisteme kojima su inherentni nimalo prijatna nepredvidljivost i haos – mada su strogo determinisani, u ovim sistemima zbog nelinearnosti dolazi do haosa, što su fenomeni koji ne samo da zahtevaju poseban matematički aparat, nego i danas još uvek kod mnogih fizičara izazivaju blagu nelagodu.

IFIZ: Ma koliko da je došlo do procvata interesovanja u poslednjih 40 godina, fizičari će i danas imati rezerve kad se suoče sa haosom ili uopšte nelinearnim fenomenima. Čini se da se ovaj svet kome je nepredviljivost inherenta ne samo opisuje jednom drugačijom matematikom, nego se u njega ipak upušta i jedna specifična grupa istraživača. Koliko razmišljate o tome – da li je to posledica načina na koji se fizičari obrazuju ili su razlozi dublji? Da li ste ikada i vi osetili strah ili bar nelagodnost kad vidite kako jedan sasvim normalan sistem, opisan determinističkim zakonima, prelazi u haos?

Milivoj Belić: Iskreno, nikada nisam razmišljao o tome, mada jeste tačno da se u svet nelinearnih fenomena radije upušta specifična grupa istraživača posebno potkovana u matematici, teorijskoj fizici i numeričkim metodama. Desilo se i da sam ja igrom slučaja i prilika dospeo u tu grupu. Ali, sve se to desilo davno i nekako prirodno. Kada ste mladi, lakše se prihvataju nove stvari. Naime, jedan od mojih mentora sa Gradskog koledža Njujorka, prof. Melvin Leks, negde početkom 1977. upitao me je da li bih radio na nestabilnim laserskim rezonatorima, kao jednom delu svoje teze. Pokazao mi je izlazni zrak iz lasera velike snage – nagorelu plastičnu foliju – i rekao da niko ne razume zašto transverzna raspodela intenziteta izgleda tako kako izgleda: neuređeno i haotično, mada je aktivna laserska sredina opisana jednostavnim determinističkim zakonom. Ali – nelinearnim!

I tako je počelo. Ja sam to shvatio kao običan računarski problem koji ne zavređuje pažnju teorijskih fizičara – i na njemu proveo sledeće dve godine! Ispostavilo se da modeliranje propagacije laserskih snopova kroz aktivnu sredinu, u mom slučaju to je bio sistem parcijalnih diferencijalnih jednačina, nije moguće standardnim numeričkim metodama konačnih razlika, kakav je npr. Runge-Kuta. Programi su stalno pucali!

Morao je da se smisli neki konceptualno novi numerički način. I taj novi numerički način, koji smo mi nazvali metod razlomljenih koraka (split-step beam propagation method), bio je i najvredniji deo moje teze. Taj se metod i danas široko koristi kod tzv. simplektičkih numeričkih algoritama.

U to vreme nisam ni shvatio koliko je bogata nelinearna dinamika, čiji je otac bio veliki francuski matematičar Anri Poankare. Tek na svom prvom postdoku, 1980-81. na Univerzitetu Arizona u Tusonu, upoznao sam se sa nelinearnom dinamikom i solitonima, zahvaljujući Džordžu Lembu, Džeriju Moloniju i Alanu Nuvelu sa Odseka za primenjenu matematiku. A bio sam postdok kod Vilisa Lemba (nobelovca za Lembov pomeraj) u Centru za optičke nauke. Tako su se začele moje dve velike naučne ljubavi: nelinearna dinamika i nelinearna optika. Ali, to je neka druga priča…

Kako danas posmatrate istraživanja u oblasti nelinearne optike u odnosu na situaciju pre nekoliko decenija? Da li bi fotonika bila moguća bez razumevanja nelinearnih efekata?

Belić: Srećom, od tada se situacija nije mnogo promenila, mada je oblast mnogo napredovala. I dalje postoji gomila nerešenih zanimljivih problema. Nije slučajno 2015. godina proglašena međunarodnom godinom svetlosti od strane Ujedinjenih nacija. A fotonika, kao nauka o svetlosti, u osnovi je svih novih velikih prodora u našim životima, kakvi su na primer pametni telefoni, personalni komputeri, medicinski aparati, optička vlakna, pa i internet. Verovatno će 21. vek biti vek fotonike onoliko koliko je 20. vek bio vek elektronike.

„U čuvenoj sobi 10 na petom spratu ondašnjeg Odseka za fiziku PMF-a, sreo sam svoje stare i buduće nove prijatelje i saradnike: Nenada Švrakića, Bosiljku Tadić, Dušana Jovanovića, Najdana Aleksića, Vladu Škarku, a u susednim kancelarijama bili su Boba Vuković, Dragan Popović, Đorđe Šijački, Milutin Blagojević i mnogi drugi. I većina od njih ostali su dragi prijatelji i dragoceni saradnici sve do ovih dana.”

Danas smo već svedoci simbioze ove dve važne oblasti. U tom kontekstu su bitni i nelinearni efekti. Recimo, danas je nemoguće razumevanje propagacije signala kroz optička vlakna na velikim daljinama, neumitnog rađanja nestabilnosti u različitim fizičkim i optičkim sistemima, kao i iznenadne pojave ogromnih talasa u okeanima ili optici bez uzimanja u obzir nelinearnih fenomena.

Gde danas vidite granice nelinearne fizike u odnosu na druge naučne oblasti, a gde su one bile na početku vaše karijere?

Belić: Granice su se zbilja razmakle. Danas se malo toga može uraditi u drugim oblastima nauke bez metoda nelinearne fizike, ili još bolje – nelinearne matematike. Recimo, dugo se smatralo da je kvantna mehanika linearna nauka, i da tu metode nelinearne dinamike nemaju šta da traže. To je bila matematika svojstvenih vrednosti linearnih operatora, kakvi su Laplasijan i potencijali, i da su tu nelinearnosti nebitne. Međutim, onda su došle Boze-Ajnštajnova kondenzacija i jednačina Gros-Pitajevskog i pokazalo se da su nelinearnosti ipak bitne.

Kada se uočilo da su Šredingerova jednačina i paraksijalna talasna jednačina matematički ekvivalentne, onda je značaj nelinearne Šredingerove jednačine naglo porastao. Jer ova jednačina je u osnovi i nelinearne optike i kvantne mehanike. Štaviše, došlo se do realizacije da će neke fenomene iz kvantne mehanike ili relativističke fizike ranog kosmosa koje je trenutno nemoguće eksperimentalno dokazati, biti moguće – ili će uskoro biti moguće – dokazati relativno jednostavnim eksperimentima na optičkoj klupi u nelinearnoj fotonici.

Neki problemi kojima ste se bavili mogu se svrstati u čvrsto stanje, što je danas jedna od najpopularnijih oblasti u fizici u Srbiji, dok ste na drugoj strani dali i doprinose tradicionalno fundamentalnim oblastima kvantne mehanike i relativističke fizike. Mislite li da tokom karijere fizičar isključivo treba da ide ka većoj specijalizaciji ili treba neprekidno da prati šta se događa u svim drugim oblastima?

Belić: Ja jesam radio na nekim problemima iz kondenzovanog stanja materije ali se ne bih usudio da kažem da sam dao doprinose fundamentalnim oblastima kvantne mehanike i relativističke fizike. To bi eventualno bio istraživački projekat za budućnost, u smislu upravo naznačenih dodirnih tačaka nelinearne optike i kvantne mehanike. Pri kraju svoje aktivne fizičarske karijere još uvek smatram da se ne treba zatvarati u svoju oblast, već širiti svoje horizonte i tražiti nove izazove. I sada svoje studente u Kataru savetujem da uvek budu open minded i da razmišljaju out-of-the-box.

Imali ste važnu ulogu u razvoju numeričkih algoritama. Da li ste pobornik danas vrlo popularnog mišljenja kako je numerička simulacija postala treći stub fizike, ravnopravan uz eksperiment i teoriju?

Belić: Ne bih baš tvrdio da su numeričke simulacije postale treći stub fizike, ali jeste lakše sedeti na hoklici sa tri noge nego sa dve. (Još kad bismo pronašli i četvrtu nogu, u smislu trenutno vladajuće mantre „I Rusi i Amerikanci i Kinezi i Evropska unija, gde bi nam bio kraj!) Ipak su simulacije samo simulacije. Fizika jeste eksperimentalna nauka, ali tu je i teorija da obezbedi teorijsku potporu i otvori nove vidike – i numerička odn. računarska podrška da se sve to sklopi u skladnu celinu.

Vaša dugogodišnja karijera usko je povezana sa velikim brojem istraživača u Srbiji i inostranstvu na koje imate veliki uticaj. Koliko je za fizičara i uopšte naučnika važan rad na obrazovanju i podršci novim generacijama?

Belić: Možete samo zamisliti kakvo je zadovoljstvo imati oko sebe desetine mladih (sada već i matorih) pametnih ljudi s kojima možete podeliti radost istraživanja i novih otkrića! Kada bi mi sada neko ponudio da se ponovo rodim i proživim opet ceo život – ne bih pristao. Ni za jotu ne bih ništa promenio u svom životu, od početka do kraja. Evo i sada, pri kraju, radujem se svaki put kada izađem ispred razreda od 70 đaka i pokušam da ih iznenadim i čak zbunim novim saznanjima, da im razbijem predrasude – i da uživam u onom trenutku kada nešto u njihovim očima zaiskri a u glavi bljesne neka sijalica i čuje se uzdah, aaaa….

Institut za fiziku u Beogradu vas danas doživljava kao jednog od velikih prijatelja kuće. Kako ocenjujete današnji razvoj institucije? Šta bi se moglo unaprediti po vašem mišljenju?

Belić: Molim Vas, pa Institut je i moja kuća. Kao mladi povratnik iz Amerike, sleteo sam pravo u Institut, 1982. godine. Prvi čovek koga sam sreo bio je ondašnji direktor Instituta za teorijsku fiziku, ovde prisutni Branko Dragović. U čuvenoj sobi 10 na petom spratu ondašnjeg Odseka za fiziku PMF-a, sreo sam svoje stare i buduće nove prijatelje i saradnike: Nenada Švrakića, Bosiljku Tadić, Dušana Jovanovića, Najdana Aleksića, Vladu Škarku, a u susednim kancelarijama bili su Boba Vuković, Dragan Popović, Đorđe Šijački, Milutin Blagojević i mnogi drugi. I većina od njih ostali su dragi prijatelji i dragoceni saradnici sve do ovih dana.

U to vreme, pa sve do današnjih dana, Institut je bio i ostao vodeća naučna institucija u fizici, u Srbiji. Postao je i prvi institut od nacionalnog značaja u republici Srbiji. I sada u njemu radi mnogo darovitih i sposobnih istraživača koji će znati kako da očuvaju naučni nivo instituta i unaprede njegov dalji razvoj. Institut uspešno plovi ovim burnim vremenima i uspeo je da prebrodi brojne Scile i Haribde. Uveren sam da će tako i ostati.

Slobodan Bubnjević (IFIZ)

Fotografija (Milivojbelic.com & B. DžodanIPB)

O autoru

Stanko

Ostavite komentar