Разобраться за 5 минут: за что вручили Нобелевские премии по физике и химии
Физика
82-летний Дэвид Таулес из Вашингтонского университета, 65-летний Дункан Холдейн из Принстонского университета и 73-летний Майкл Костерлитц из Брауновского университета получили Нобелевскую премию в области физики за “теоретические открытия топологических фазовых переходов и топологических фаз материи”.
Все обладатели награды родом из Британии, однако сейчас работают в США. Они занимаются изучением странных свойств материи в экзотических состояниях, включая сверхпроводимость, сверхтекучесть и магнетизм двухмерных материалов. Таулес получит 50% денежного вознаграждения, которое в этом году составляет $930 тыс, оставшиеся 50% разделят между собой Холдейн и Костерлитц.
В своем исследовании ученые использовали сложные математические модели. Таулес и Костерлитц работали вместе в Бирмингемском университете в 70-х годах. Тогда они изучали, что происходит, когда материя переходит из одного экзотического состояния в другое. Таулес также известен как создатель теории фазовых переходов Березинского-Костерлица-Таулеса. Ученым удалось установить, что сверхпроводимость или сверхтекучесть может также возникать в двухмерных материалах, хотя ранее это считалось невозможным.
Ключом к их успеху стала топология. Это область математики, которая изучает непрерывность объектов. Так, член Нобелевского комитета по физике Торс Ханс Ханссон проиллюстрировал ее на примере булочки с корицей, бублика и брецеля. И если для обычного человека значение имеет их вкус, то для топологии единственным различием является количество отверстий. Кроме того, бублик идентичен чашке илу рулону туалетной бумаги, ведь благодаря череде непрерывных преобразования один объект можно превратить в другой без разрыва материи.
Эта теория может пригодиться в разных сферах – например, атомной физике и статистической механике. Десятки лет исследований теперь дают возможность ученым изучить новые состояния материи. Это также может пригодиться в материаловедении, электронике и квантовых вычислениях.
“Я был удивлен и очень рад. Это исследование было давно, но только сейчас появилось так много новых открытий, которые основаны на моем исследовании и дополнили его”, – отметил Холдейн. Новость о награде застала Костерлитца во время похода на ланч в Хельсинки, где он сейчас читает лекции в Университете Аалто. “Я немного поражен этой новостью, все еще пытаюсь осознать ее. Когда я начинал изучать двухмерные материалы мне было чуть больше 20”, – прокомментировал он.
ХИМИЯ
Лауреатами Нобелевской премии по химии стали 71-летний Жан-Пьер Саваж из Страсбургского университета, 74-летний Джеймс Фрейзер Стоддарт из Северо-Западного университета и 64-летний Бернард Феринга из Университета Гронингена. Они получили награду за “проектирование и синтез молекулярных машин”.
Молекулярные машины – это самые маленькие механизмы в мире. В будущем их можно будет использовать для создания материалов, сенсоров и систем накопления энергии. Миниатюрный мотор сегодня имеет такое же значение, как появление электромотора в 1830-х годах. Исследования в сфере нанотехнологий проводятся уже несколько десятилетий. Теперь же ученые смогли создать молекулы, движение которых можно контролировать.
Первым шагом на пути к создания молекулярной машины была подвижная деталь. Химики уже давно могли синтезировать кольцевые молекулы и знали, что их соединения могут исполнять функции фрагмента молекулы. Для этого нужно было только создать второе кольцо и соединить его с первым. Саважу сделал это в 1983 году. Тогда эти молекулы получили название катенанов.
Следующий шаг совершил в 1991 году Стоддарт. Вместе с командой ученых из Бирмингемского университета он синтезировал ротаксан – соединение, состоявшее из кольцевой и гантелеобразной молекул. Позже Стоддарт и Саваж использовали свои знания для создания молекулярных узлов.
В 1999 году Феринга стал первым в мире ученым, который создал молекулярный мотор. Это была крохотная лопасть ротора, которая работала на энергии солнца и постоянно двигалась в одном направлении. Первый мотор был не очень быстрым, однако через 15 лет его команда исследователей представила усовершенствованный вариант, а в 2011 году показали миру первую молекулярную машину.
Исследования ученых могут в будущем привести к созданию нанороботов, которые после введения в вену человека смогут исследовать организм на наличие раковых клеток, или же станут основой для создания “умных материалов” с изменчивыми свойствами в зависимости от внешних сигналов.
Стоддарт отметил, что сначала не воспринял новость о получении награды всерьез. И только когда услышал в трубке шведский акцент, начал понимать, что это не розыгрыш. Информация о том, что он разделит ее еще с двумя учеными его порадовали, ведь он считает их своими научными братьями.
