Норвежский ответ Нобелю

Рисунок: Константин Батынков

В последний день мая 2012 года норвежская Академия наук и литературы объявила новых лауреатов Международной премии Кавли.

Согласно распоряжению создателя этой премии американского мецената с норвежскими корнями Фреда Кавли, она присуждается раз в два года, а призовой фонд в каждой из трех избранных им номинаций составляет 1 млн долларов (для сравнения: нобелевским лауреатам полагается в отдельных номинациях примерно по 1,5 млн долларов).

Несмотря на свой юный возраст (первая церемония награждения лауреатов состоялась в 2008 году), премия Кавли энергично набирает вес в мировом научном сообществе. Во многом этот рост популярности можно отнести за счет куда более демократичного и открытого по сравнению с Нобелевской премией механизма формирования предварительного шорт-листа номинантов. Все лауреаты выбираются на базе списка рекомендаций, предложенных пятью различными учеными ареопагами — Французской и Китайской академиями наук, Национальной академией наук США, Обществом Макса Планка (Германия) и Королевским обществом Великобритании.

Другой немаловажный фактор — высокий авторитет в ученой среде самого Фреда Кавли (в этом году ему исполняется 85 лет), на протяжении последнего десятилетия осуществившего помимо учреждения премии своего имени большое количество амбициозных проектов, направленных на поддержание и развитие фундаментальной и прикладной науки во многих странах мира. И хотя набор предложенных им научных номинаций на первый взгляд может показаться немного эксцентричным, после более вдумчивого изучения трех призовых дисциплин нельзя не признать, что Кавли обладает тонким вкусом и хорошо ориентируется в текущей научной моде.

Как отметил нобелевский лауреат Дэвид Гросс, директор первого из целой сети недавно созданных американо-норвежским филантропом новых институтов, Института теоретической физики при Калифорнийском университете Санта-Барбары, «Фреда прежде всего привлекает в современной науке изучение “самых больших” проблем (отсюда — выбор астрофизики), “самых маленьких” (ими занимается разнородный комплекс нанонаук) и, наконец, исследование строения и функций самого сложного механизма природы — человеческого мозга, без которого невозможно понять ничего остального».

Сам же учредитель новой премии, в свою очередь, неоднократно пояснял, что при выборе этих трех дисциплин он исходил из предположения, что именно они в XXI веке принесут человечеству наиболее весомые научные плоды и станут источником прорывных открытий и изобретений.

Не в деньгах счастье

Родившийся в 1927 году в небольшой норвежской деревне Эресфьорд Фред Кавли с подросткового возраста проявлял недюжинные предпринимательские способности — уже в 13 лет он вместе со своим старшим братом организовал успешное частное предприятие, предоставлявшее услуги по подпитке автомобилей древесным топливом.

Основатель премии Фред Кавли

В 1955-м, спустя всего три дня после того, как Кавли получил диплом инженера-физика в Норвежском технологическом институте Тронхейма, он отправился в поисках лучшей жизни в Америку на трансатлантическом лайнере SS Stavangerfjord.

Не сумев сразу получить желанную американскую визу, Фред был вынужден на время переселиться в Канаду, в Монреаль. Через год его запрос на получение визы был наконец удовлетворен, и он вернулся в США. Проработав три года на фирме в Лос-Анджелесе, занимавшейся разработкой систем управления полетом для ракет Atlas (и дойдя до должности ее главного инженера), в 1958 году он ушел в свободное плавание и создал собственную компанию Kavlico Corporation.

Этот главный бизнес-проект Кавли благодаря его умелому руководству вскоре приобрел большой размах: Kavlico превратилась в одного из крупнейших в мире поставщиков специализированных датчиков и преобразователей для аэро­космической, автомобильной и целого ряда других промышленных отраслей.

Кроме того, значительную часть своего капитала Фред Кавли прирастил благодаря успешным сделкам с недвижимостью в Южной Калифорнии.

В 2000-м Кавли продал Kavlico и получил за нее 345 млн долларов. В том же году он принял решение окончательно переквалифицироваться в филантропа-мецената и создал Фонд Кавли, основным видом деятельности которого стало финансирование различных исследовательских учреждений и программ по всему миру, главным образом путем предоставления денежных грантов для организации сети новых научных институтов (Kavli Institutes) на базе уже существующих университетов.

Каждый из этих институтов получает от фонда безвозмездную субсидию — «подъемные» в размере 7,5 млн долларов. Единственное жесткое требование главного спонсора — последующая специализация нового института в одной из трех его любимых научных областей, которые позднее плавно перетекли в премиальные номинации: астрофизике, нанонауке или нейробиологии.

Фонд Кавли уже организовал 15 таких институтов в Соединенных Штатах, два в Китае и по одному — в Нидерландах, Норвегии и Великобритании, а последним, двадцать первым по счету, к настоящему времени стал Институт физики и математики Вселенной в Токио, открытый в апреле этого года.

Что же касается премии Кавли, то решение о ее создании щедрый меценат принял в 2005 году, и уже спустя три года этот его очередной проект был успешно запущен при активном участии Норвежской академии, министерства образования и науки Норвегии, а также организаторов ежегодно устраиваемого в Нью-Йорке Мирового научного фестиваля (его проводят известный американский физик и популяризатор науки Брайан Грин и его коллеги). Официальная церемония награждения («призовая неделя») проходит в начале сентября в Осло с участием короля Норвегии.

Углеродная королева

В списке награжденных премиями Кавли 2012 года — шесть представителей США (причем во всех трех номинациях присутствуют ученые из Массачусетского технологического института, MIT) и лишь один «чужеземец», специалист по нейронауке из Германии.

Углеродная королева Милдред Дресселхаус

В то же время, несмотря на уже привычный по Нобелевским премиям сильный «американский уклон» (от которого в обозримом будущем едва ли удастся избавиться), нельзя не отметить, что в отличие от Шведской академии наук интернациональные эксперты премии Кавли, похоже, куда более тщательно стремятся соблюдать гендерную корректность: трое из семерых лауреатов 2012 года — женщины. Так, единоличной обладательницей награды в нанонаучной номинации стала Милдред Дресселхаус из MIT, которую полушутя-полусерьезно многие ее коллеги уже давно называют углеродной королевой.

Согласно официальной формулировке, Дресселхаус получила премию Кавли за многочисленные пионерские работы, «значительно улучшившие понимание того, как и почему термические, электрические и прочие физико-химические характеристики материалов, структурированных на наноуровнях, резко отличаются от характеристик тех же самых материалов в более крупных (“классических”) измерениях».

По сути, американская исследовательница теоретически предсказала и описала ключевые свойства важнейших разновидностей углеродных наноматериалов и производных наноструктур, таких как фуллерены, углеродные нанотрубки и графен, задолго до того, как они были экспериментально получены ее коллегами в исследовательских лабораториях. Кроме того, профессор Дресселхаус была одной из первых, кому удалось подробно описать электронную структуру графита, используя различные магнито-оптические методики, в том числе лазерную абляцию — удаление материала лазерным излучением.

Аргументируя свой выбор, не слишком вписывающийся в исходную установку Фреда Кавли («ударный» период работы Дресселхаус все-таки пришелся еще на 1960–1970-е годы), эксперты Норвежской академии пояснили: несмотря на то, что нынешний лауреат, безусловно, заслужил награду по всей совокупности научных достижений, им хотелось бы особенно отметить ее более поздние прорывные работы в области исследования фононов (квантов колебательного движения атомов кристаллов), электронно-фононных взаимодействий и процессов переноса тепла в наноструктурах.

В частности, в конце 1990-х Милдред Дресселхаус стала первой исследовательницей, успешно применившей при анализе термоэлектрических процессов в одностеночных углеродных нанотрубках (а затем и графене) методы рамановской спектроскопии комбинационного рассеяния света.

Убийца Плутона

Астрофизическая призовая троица премии-2012 составлена из Дэвида Джуитта из Калифорнийского университета Лос-Анджелеса, его бывшей аспирантки ДженетЛу, работающей в настоящее время в MIT, и Майкла Брауна из Калифорнийского технологического института в Пасадене.

Победители астрофизики: Дэвид Джуитт...

Безусловно, и эту премию получили более чем заслуженные ученые, удостоенные награды за открытие многочисленных объектов так называемого пояса Койпера — протяженной зоны малых небесных тел, находящейся в Солнечной системе за пределами орбит Нептуна и Плутона, на расстоянии в диапазоне от 30 до 100 астрономических единиц (а. е.) от нашей звезды.

Причем показательно, что присуждаемая практически одновременно другая престижная премия в области астрономии, премия Шоу (спонсирующий ее одноименный научный фонд дислоцируется в Гонконге), в этом году досталась двум из трех кавлиевских лауреатов — первооткрывателей транснептунианских объектов Солнечной системы: Джуитту и Лу.

...Дженет Лу...

Гипотезу о том, что на задворках Солнечной системы может существовать обширный пояс еще не обнаруженных небесных тел, сформировавшихся на самых ранних этапах ее эволюции, впервые выдвинул Кеннет Эджворт еще в середине 1940-х. В начале 1950-х идея Эджворта была развита Джерардом Койпером. Правда, Эджворт и Койпер предполагали, что населяющие этот пояс объекты — по большей части кометы с так называемым коротким периодом, тела с эллиптической орбитой, у которых время одного полного обращения вокруг Солнца составляет менее ста лет.

Джуитт и его подопечная Лу начали изучать эту окраинную зону в 1986 году, но на протяжении нескольких лет их поиски были безрезультатными. Во многом виной тому была несовершенная техника: они не могли получить квоты на доступ к самым мощным наземным телескопам, поскольку чиновники от науки (как, впрочем, и многие коллеги) относились к этим исследованиям весьма скептически, считая их напрасной тратой времени и денег.

...и Майкл Браун

Лишь в 1992 году Джуитту и Лу наконец удалось добраться до одного из лучших в то время телескопов Гавайского университета, оснащенного новейшим ПЗС-детектором, и уже на вторые сутки инструментальных наблюдений, 30 августа 1992 года, они засекли первый объект, находящийся на расстоянии 40 а. е. от Солнца, который получил рабочее название 1992 QB1. Из первых серий наблюдений были сделаны оценки размера QB1 — 200–250 км в поперечнике.

В марте 1993-го Джуитт и Лу нашли второе тело, а дальше астрофизиков прорвало: уже к 1996 году в «поясе Койпера» (первоначальный вариант «пояс Эджворта—Койпера» со временем странным образом потерял первую часть своего названия) обнаружили 32 объекта, а к настоящему моменту ученым известно более 1000 его обитателей, причем, по некоторым оценкам, всего в этой зоне может находиться около 70 тыс. тел диаметром не менее 100 километров.

Все объекты «пояса Койпера» из-за своей значительной удаленности от Солнца очень тусклые (слабо отражающие солнечный свет) небесные тела, что наряду с их относительно небольшими размерами объясняет, почему земные астрофизики испытывают серьезные трудности в процессе их поиска.

С конца 1990-х самым удачливым охотником за объектами этого пояса стал Майкл Браун из Калифорнийского технологического института в Пасадене. Именно он в июне 2002 года обнаружил первое по-настоящему крупное транснептунианское тело — Кваоар, диаметр которого составляет примерно половину диаметра Плутона (теперь уже бывшей девятой планеты Солнечной системы).

Вскоре вслед за Кваоаром Брауном были также открыты сходные по размеру Седна, Оркус, Салация и Макемаке, а в январе 2005-го он поймал в свои сети самую большую добычу, первоначально названную им Ксеной (позднее она была официально переименована в Эрис), расчетная масса которой по всем теоретическим прикидкам уже превышала плутонианскую.

Многие восторженные комментаторы тут же провозгласили Эрис десятой планетой Солнечной системы, однако в скором времени в начинающую попахивать жареным долгоиграющую историю с бесконечной чередой открытий «новых планет» в «поясе Койпера» вмешалось руководство Международного астрономического союза (IAU), которое решило расставить все точки над i и на очередной генеральной ассамблее в августе 2006 года приняло эпохальное решение: Плутон был официально исключен из пантеона планет Солнечной системы и переквалифицирован вместе с открытыми Брауном Эрис, Седной и Ко. в карликовые планеты (или планетоиды).

Впрочем, главный виновник терминологической революции в астрономии Майк Браун не сильно расстроился из-за этого решения IAU, поскольку ушлые журналисты тут же придумали ему новое эффектное прозвище, переименовав из «человека, открывшего десятую планету» в «человека, убившего Плутон» (plutokiller), причем Браун принял это с явным удовольствием: показательно, что именно такой ник он вскоре выбрал для себя в «Твиттере».

Искатели чувственного восприятия

Наконец, лауреатами премии Кавли в нейронаучной номинации стали КорнелияБаргманн (Университет Рокфеллера в Нью-Йорке), Уинфрид Денк (директор Института медицинских исследований Макса Планка в Гейдельберге, Германия) иЭнн Грейбьел (очередная представительница звездного MIT).

Победители нейробиологи: Корнелия Баргманн...

По большому счету, все эти ученые занимались научными изысканиями в совершенно разных нейрообластях, и, искусственно объединив их в одном «призовом флаконе», эксперты норвежской академии были вынуждены придумать прихотливую (или, точнее, крайне неуклюжую) преамбулу, согласно которой все они удостоились премии за «пионерские исследования процессов передачи сенсорных сигналов от различных органов чувственного восприятия (глаз, носа, кожной поверхности и т. д.) в мозг, и того, как эти процессы приводят к последующему принятию решений. Работая над различными областями мозга и используя совершенно различные экспериментальные техники и модели, [нынешние лауреаты] эффективно объ­единили прецизионную нейроанатомию со сложнейшим функциональным анализом для углубления понимания процессов, происходящих в исследуемых ими нейросистемах».

Если же все-таки попытаться более человеческим языком описать конкретные научные достижения каждого из трех лауреатов, вкратце это будет выглядеть следующим образом. Корнелия Баргманн посвятила большую часть своей научной карьеры самому знаменитому подопытному объекту биомедицинских исследований ХХ века — червю-нематоде Caenorhabditis elegans (C. elegans). Этот червь обладает всего 302 нейронами, и благодаря их тщательному анализу Баргманн смогла выявить практически все ключевые аспекты развития и функционирования нейронной сети C. elegans, которая представляет собой крайне упрощенный вариант строения нервной системы у более продвинутых млекопитающих. По словам самого лауреата, «после того как мы наконец полностью уясним механизмы работы “мозга” червя, мы станем намного лучше понимать сложнейшие функции человеческого мозга».

И Корнелии Баргманн практически удалось выполнить эту задачу — она описала самые различные аспекты и механизмы процессов восприятия червями разнообразных внешних раздражителей, например их специфическую реакцию на источники запахов.

...Уинфрид Денк...

Уинфрид Денк прежде всего отметился изобретением двух блестящих экспериментальных методик, существенно улучшивших качество нейробиологических исследований: метода двухфотонной флуоресцентной микроскопии и метода сериальной электронной микроскопии поверхностных блоков. Благодаря этим революционным технологиям Денка исследователям, в частности, удалось решить одну из самых сложных загадок нейробиологии второй половины ХХ века — как млекопитающие, в том числе люди, зрительно распознают движущиеся объекты (главным передатчиком информации оказалась особая разновидность клеток сетчатки, лишенная аксонов).

...и Энн Грейбьел

И наконец, Энн Грейбьел детально изучила механизмы работы полосатого тела (стриатума) — специфического скопления серого вещества в толще полушарий большого мозга, базальном ганглии, общие размеры которого составляют всего несколько сантиметров. После нескольких десятилетий научного анализа стриатума Грейбьел составила детальную карту взаимодействия нейронов в полосатом теле (в качестве подопытных животных в основном использовались крысы) и смогла выявить, что именно этот крошечный регион мозга, практически игнорировавшийся ее коллегами ранее, ответствен за ряд важнейших процессов принятия решений в ходе обучения различным новым навыкам, а также за накопление опыта, полученного в результате освоения этих навыков.