Академик Синай Яков Григорьевич

21 сентября

Академик Синай Яков Григорьевич

90 лет

Персональная страница

Яков Григорьевич Синай родился 21 сентября 1935 года в Москве.

В 1957 году окончил механико-математический факультет МГУ и аспирантуру в 1960 году. Далее — в межфакультетской лаборатории вероятностных и статистических методов мехмата МГУ — младший научный сотрудник (1960–1962), старший научный сотрудник (1962–1971). Далее — в Институте теоретической физики им. Л.Д. Ландау АН СССР / РАН — старший научный сотрудник сектора современных проблем математики (с 1962), главный научный сотрудник (с 1986). Одновременно в 1993–2023 гг. — профессор кафедры математики Принстонского университета (США, штат Нью-Джерси), далее — почётный профессор.

В 1971–1995 гг. — профессор кафедры теории вероятностей Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова.

В 1960 году защитил кандидатскую, в 1964 году — докторскую диссертации, В 1964 г. стал доктором физико-математических наук (тема диссертации: «Классические динамические системы со счётнократным лебеговским спектром. Слабый изоморфизм динамических систем»), с 1971 года — профессор.

Академик РАН c 1991 года — Отделение математических наук.

Академик Я.Г. Синай — признанный в мире российско-американский математик, один из самых знаменитых учеников великого математика Андрея Николаевича Колмогорова. Его работы произвели революцию в области статистической механики, теории вероятностей и статистической физики. В XIX столетии казалось, что нет более противоположных ветвей математики, чем дифференциальные уравнения и теория вероятностей, однако в XX — стало ясно, что это две тесно переплетённые области — и в понимание этих связей, которые изучает т. н. эргодическая теория Я.Г. Синай внёс решающий вклад. Специалист в области перемешивания, уравнения Навье — Стокса, оператора Лапласа, динамических систем, сохраняющих меру, математической гидродинамики, теории хаоса. Фундаментальное значение его работ отражено во множестве результатов, носящих его имя, к ним относятся: энтропия Колмогорова — Синая, теория рассеивающих биллиардов (биллиарды Синая), теория случайных блужданий Синая, меры Синая — Рюэля — Боуэна, теория Пирогова — Синая.

Я.Г. Синай — двенадцатый лауреат премии Абеля (2014 год), самой престижной награды в области математики, аналога Нобелевской премии для математиков. Наградившая его Норвежская академия наук и литературы назвала его «одним из самых влиятельных математиков XX века» и высоко оценила его «многочисленные новаторские результаты в теории динамических систем, математической физике и теории вероятностей». Лауреатов премии определяет международный комитет из пяти крупнейших математиков, назначенных Международным математическим союзом и Европейским математическим обществом. Я.Г. Синай стал вторым нашим соотечественником, получившим премию Абеля (первый — М.Л. Громов).

Является членом российского Национального комитета математиков. В 1998–2002 гг. он возглавлял Филдсовский комитет (присуждающий раз в четыре года одну из самых престижных премий в мире математики).

Первоначально после окончания Университета Я.Г. Синай начал работать там же — под руководством научного руководителя Е.Б. Дынкина, что привело к его первой статье «О распределении первой положительной суммы последовательности независимых случайных величин» (1957). С 1960 года он — аспирант МГУ, его научным руководителем стал заведующий кафедрой теории вероятностей академик А.Н. Колмогоров, который, как известно, внёс фундаментальный вклад в самые разные области математики, особенно по теории вероятностей и динамическим системам. В результате на стыке этих двух областей с математической физикой Я.Г. Синай и работает всю жизнь.

Основные работы Я.Г. Синая лежат в области как математики, так и математической физики, особенно в тесном переплетении теории вероятностей, теории динамических систем, эргодической теории, и других математических проблем статистической физики. Большое значение имеют его работы по геодезическим потокам на поверхностях отрицательной кривизны.

Работы Я.Г. Синая сосредоточены вокруг великой цели — вывода основных физических законов, описывающих поведение систем многих частиц как прямое следствие простых правил, управляющих взаимодействием отдельных частиц. Ему принадлежала идея применения теории энтропии А.Н. Колмогорова к гладким динамическим системам. Предыдущие работы русской школы изучали энтропию, введённую А.Н. Колмогоровым, исключительно в контексте вероятностных систем. Результаты Я.Г. Синая в этом направлении были новыми и неожиданными. Среди его статей, опубликованных примерно в то время, можно назвать следующие: «О понятии энтропии для динамической системы» (1959), «Потоки с конечной энтропией» (1959), «Центральная предельная теорема для геодезических потоков на многообразиях постоянной отрицательной кривизны» (1960), «Динамические системы и стационарные марковские процессы» (1960). Уже в первой из этих статей 1959 года он приводит теоремы, позволяющие вычислять энтропию для большого разнообразия динамических систем.

В сотрудничестве с А.Н. Колмогоровым Я.Г. Синай продолжил работу американского инженера Клода Шеннона, который разработал показатель эффективности системы связи, называемый энтропией, который вычисляется на основе статистических свойств источника сообщения. В теории информации Шеннона энтропия аналогична термодинамическому понятию энтропии, которое измеряет степень беспорядка в физических системах. В 1959 году Я.Г. Синай и А.Н. Колмогоров расширили представление об энтропии, чтобы определить меру сложности движения в динамической системе. Термин «энтропия Колмогорова — Синая» быстро утвердился, энтропия Колмогорова — Синая оказалась широко применимой.

Я.Г. Синай, работая в традициях школы А.Н. Колмогорова, впервые сформулировал строгое определение инвариантной энтропии для произвольного сохраняющего меру отображения. Его последующие работы охватывают области от эргодичности движения биллиардов до спектральных свойств квазипериодических операторов Шрёдингера. Он использует мощный инструментарий динамических систем и теории вероятностей для решения задач математической физики, часто разрабатывая для этого новые инструменты. Статистическая механика — одна из самых активных и перспективных областей современной математики, и он общепризнанно становится мировым лидером в области математики статистической физики.

Российский математик Яков Пестов позже продемонстрировал, что, когда энтропия Колмогорова-Синая больше нуля, динамическая система демонстрирует хаос, то есть небольшие различия в начальных условиях приводят к совершенно разным траекториям.

Его многочисленные достижения имеют мировую известность. Современную теорию странных аттракторов невозможно представить без физических мер или мер Синая — Рюэля — Боуэна, концепция которых предложена в работах Я.Г. Синая. Широкую известность получили построенные им марковские разбиения для диффеоморфизмов Аносова. В теории вероятностей рассмотрен важный с физической точки зрения круг задач о случайных блужданиях в случайных средах.

Работы Я.Г. Синая посвящены измерению динамических систем, то есть систем, изменяющихся со временем, таких как погода, движение планет, отскок частиц газа и экономические системы. Эти системы можно точно измерить в краткосрочной перспективе (краткосрочная перспектива относится к рассматриваемой проблеме), но при долгосрочном анализе эти системы трудно понять и предсказать. Я.Г. Синай был первым, кто предложил математическую основу для определения числа, определяющего сложность данной динамической системы, помог связать мир предсказуемых систем с миром непредсказуемых, или случайных, систем. Он также работал над описанием движения множества частиц, например, в газе — его идеи помогли учёным понять, как ведут себя сложные системы.

Большой цикл работ посвящён теории рассеивающих бильярдов (бильярдов Синая). Этот класс динамических систем весьма важен для целого ряда приложений. В динамическом бильярде траектория безмассовой точки описывается вокруг «бильярдного стола», поверхность которого может принимать любую форму (даже трёхмерную или более). Бильярд Я.Г. Синая, представленный им в 1963 году, представлял собой плоский квадрат с вырезанным в середине кругом. Он доказал, что траектории бильярдного шара эргодичны, то есть заполняют пространство между квадратной и круглой стенками. Траектории также были хаотичными.

Я.Г. Синай положил начало созданию нового направления, получившего наименование термодинамического формализма, построили кластерную бесконечночастичную динамику для систем частиц с естественным с физической точки зрения взаимодействием, решили многие другие задачи.

Для сообщества общей теории относительности особенно примечательны его фундаментальные результаты о стохастической природе ранней космологии, полученные в его пионерской работе 1983 года совместно с Е.М. Лифшицем, И.М. Халатниковым, К.М. Ханиным и Л.Н. Щуром. Ландау обозначил проблему начальной космологической сингулярности как одну из трёх фундаментальных проблем теоретической физики, а затем члены его школы — В. Белинский, И. Халатников и Е. Лифшиц — нашли общее космологическое решение вблизи сингулярности Большого взрыва или Большого хруста в серии работ с 1969 по 1970-е годы. Это «решение БХЛ» порождает хаотическую динамическую систему, характеризующуюся положительной энтропией Колмогорова — Синая. Хаотическое поведение многомерных аналогов решения БХЛ также было расшифровано Т. Дамуром, М. Хенно и Х. Николаи. Таким образом, результаты школы Колмогорова — Синая пролили свет на стохастическую природу космологического решения БХЛ.

Уже в 60-е годы он глубоко понимал принципы того, что сейчас называется хаосом, и был одним из первых, кто осознал значение этого явления для динамики. Его работа о порядке и хаосе была новаторской. Он показал, что хаос может возникать в детерминированных системах, которые не подвержены случайности при переходе из одного состояния в другое. В свою очередь, статистический анализ хаотических систем позволяет делать определённые прогнозы. Хорошо известны работы Я.Г. Синая в области квантового хаоса, динамических свойств уравнения Бюргерса, а также одномерной динамики. В настоящее время он разрабатывает совершенно новые и весьма интересные идеи в области квантового хаоса.

Он внёс большой вклад в статистическую механику, в частности в теорию фазовых переходов. Его книга на эту тему хорошо известна. В области статистической физики Я.Г. Синаем предложен метод корреляционных уравнений в области фазовых переходов и создана общая теория низкотемпературных фазовых переходов в системах с конечным числом основных состояний. Я.Г. Синай привнёс новые инструменты и идеи из динамических систем и математической физики в статистическую гидродинамику, получив новые результаты для систем Навье — Стокса. В частности, вместе с Д. Ли он разработал новую схему перенормировки, которая позволяет доказать существование конечных временных сингулярностей для комплексных решений системы Навье — Стокса в размерности три. Он помог заложить прочную основу для «метода ренормализационной группы» Кеннета Уилсона — эта работа впоследствии принесла Уилсону Нобелевскую премию по физике в 1982 году. В 2002 году он был удостоен премии Неммерса по математике — эта награда отметила его «революционные» работы в области динамических систем и других областей физики и теории вероятностей.

Работы Я.Г. Синая в области математической физики и теории вероятностей, изучающей вероятность событий, помогли учёным понять многие явления физического мира. Математическая физика — раздел математического анализа, специализирующийся на инструментах и методах, представляющих особый интерес для физиков и инженеров. Основное внимание уделяется векторным пространствам, матричной алгебре, дифференциальным уравнениям (особенно для граничных задач), интегральным уравнениям, интегральным преобразованиям, бесконечным рядам и комплексным переменным. Этот подход может быть адаптирован к приложениям в электромагнетизме, классической и квантовой механике.

Большое значение имеют его работы по геодезическим потокам на поверхностях отрицательной кривизны, где он доказал, что сдвиги вдоль траекторий геодезического потока порождают случайные процессы, обладающие наиболее сильными из возможных свойств стохастичности и, среди прочего, удовлетворяющие центральной предельной теореме теории вероятностей.

Я.Г. Синай воспитал и оказал влияние на целое поколение ведущих специалистов в своих областях исследований. Многие из его исследований стали стандартными инструментами для математиков-физиков. Его работы оказали и продолжают оказывать широкое и глубокое влияние на математику и физику, а также на их плодотворное взаимодействие.

В течение многих лет вёл в МГУ семинар по эргодической теории, организовывал открытые семинары в Институте проблем передачи информации (ИППИ) РАН. Список его учеников, добившихся серьёзных успехов в науке, впечатляет — можно, к примеру, назвать Г.А. Маргулиса, который в 1978 году получил Филдсовскую премию. В 1990-е годы Я.Г. Синай был одним из создателей Независимого московского университета, который он впоследствии очень сильно поддерживал. Независимый университет стал одним из центров кристаллизации математической жизни Москвы и в этом — большая заслуга Я.Г. Синая, одного из двенадцати отцов-основателей НМУ.

Глубокий вклад в науку, сделанный Я.Г. Синаем на ранней стадии его карьеры учёного, привёл к тому, что его в 1962 году пригласили выступить на Международном конгрессе математиков в Стокгольме. Четыре раза он выступал на Международном конгрессе математиков. Он был докладчиком на пленарном заседании 1-го Конгресса математиков Латинской Америки в 2000 г. Его приглашали выступать на многих важных Международных конференциях, он прочёл много престижных лекций во многих странах мира. Я.Г. Синай приглашался для прочтения многих престижных лекций или проведения лекционных курсов, в том числе: лектор по имени Лёба, Гарвардский университет (1978), пленарный докладчик на Международном конгрессе по математической физике в Берлине (1981), пленарный докладчик на Международном конгрессе по математической физике в Марселе (1986), почётный лектор, Израиль (1989), лекции Соломона Лефшеца, Мексика (1990), пленарный докладчик на Международном конгрессе математиков, Киото (1990), лекции Ландау, Еврейский университет в Иерусалиме (1993), пленарный докладчик на Первом латиноамериканском конгрессе по математике (2000), пленарный докладчик на встрече Американского математического общества «Проблемы математики» (2000), Андреевские лекции, Берлин, Германия (2001), Лекции Боуэна, Калифорнийский университет в Беркли (2001), Лекция памяти Леонидаса Алаоглу, Калифорнийский технологический институт (2002), Лекции Джозефа Фелса Ритта, Колумбийский университет (2004), Лекция Леонардо да Винчи, Милан, Италия (2006), Кафедра Галилея, Пиза, Италия (2006), Цикл лекций Джона Т. Льюиса, Дублинский институт передовых исследований и Математический институт Гамильтона, Тринити-колледж, Дублин, Ирландия (2007); и цикл лекций Милтона Брокетта Портера, Университет Райса, Хьюстон, Техас (2007).

Когда в эпоху конца СССР произошёл массовый выезд за рубеж российских учёных, Я.Г. Синай оказался в Принстонском университете. Но каждую весну и лето он возвращается в Россию, и в Институте проблем передачи информации РАН интенсивно ведёт еженедельный Московский летний семинар (он сейчас носит его имя), имеющий уже многолетнюю историю — на семинаре выступают как российские математики, так и наши соотечественники, постоянно живущие в Англии, Франции, Бельгии, Италии, США: считается честью и большой удачей изложить свои результаты на этом семинаре. Докладчики — из различных областей математики, иногда бывают и физики.

Я.Г. Синай — основатель школы специалистов по эргодической теории и статистической физике, был научным руководителем более 50 аспирантов.

Я.Г. Синай опубликовал более 400 статей и докладов, нескольких книг. Его знаменитая монография «Эргодическая теория» (совместно с И.П. Корнфельдом и С.В. Фоминым) была введением в предмет для нескольких поколений и остаётся классикой. В число его основных трудов входят: «Введение в эргодическую теорию» (1973), «Теория фазовых переходов. Строгие результаты» (1980), учебник «Курс теории вероятностей. ч.1, ч.2» (1985–1986), «Современные проблемы эргодической теории» (1995). Специалистам известны его работы, написанные индивидуально или в соавторстве: «Темы эргодической теории», «Теория вероятностей — вводный курс», «Теория вероятностей и случайных процессов», «Что такое бильярд?», «Математики и физики = кошки и собаки?», «Как математики и физики нашли друг друга в теории динамических систем и статистической механике», «Russian Mathematicians in the 20th Century», «Selecta. Volume I: Ergodic Theory and Dynamical Systems», «Selecta. Volume II: Probability Theory, Statistical Mechanics, Mathematics Physics and Mathematical Fluid Dynamics», «Многокомпонентные случайные системы», «Странные аттракторы», «Калибровочные теории: связи с конструктивной квантовой теорией поля и статистической механикой», «Избранные труды по функциональному анализу. В 2 т.», «Фракталы в физике» и др.

Член редколлегий журналов «Успехи математических наук», «Теоретическая и математическая физика».

Многие математические общества и академии избрали Я.Г. Синая своим членом или почётным членом: Американская академия искусств и наук (1983), Лондонское математическое общество (1992), Венгерская академия наук (1993), Национальная академия наук США (1999), Бразильская академия наук (2000), Европейская академия (2008), Лондонское королевское общество (2009), Американское математическое общество (2013), Норвежская академия наук и литературы (2014), Польская академия наук (2009). Получил звание «почётный профессор» от: Варшавского университета (1993), Будапештского университета науки и технологий (2002), Еврейского университета в Иерусалиме (2005), Тель-Авивского Университета, Уорикского университета (2010). В 2005 г. получил почётное звание «выдающегося учёного» в Калифорнийском технологическом институте (г. Пасадина, штат Калифорния, США).

Председатель учёного совета Института проблем передачи информации РАН.

В 2014 году Я.Г. Синай стал обладателем премии имени Абеля — самой престижной международной научной награды в области математики (аналог Нобелевской премии).

Также ему были вручены самые престижные награды российской и мировой науки: премия им. А.А. Маркова РАН, медаль им. Колмогорова, премия Московского математического общества, Международная премия им. Добрушина, Золотую медаль им. Л. Больцмана от Комиссии по статистической физике Международного союза чистой и прикладной физики, медаль П.А.М. Дирака от Международного центра теоретической физики имени Абдуса Салама в Триесте, премия Д. Хайнемана от Американского физического общества, премия Вольфа (Израиль), премия Ю. Мозера от Общества промышленной и прикладной математики, премия Фредерика Эссера Неммерса по математике, премия Анри Пуанкаре от Международной ассоциации математической физики, премия Марселя Гроссмана, премия Лероя Стила Американского математического общества, Бразильская премия за заслуги в науке, премия Лагранжа от Института научного обмена (Турин, Италия).

Я.Г. Синаю присвоена категория «Фелло» Американского математического общества, ему дано право прочесть Мемориальную лекцию Соломона Лефшеца.

Отмечен юбилейной медалью «300 лет Российской академии наук».