Три естественно-научные номинации Нобелевской премии вполне независимы, и победившие в них работы редко имеют что-то общее между собой. В этом году такой признак нашелся: все работы-победительницы чрезвычайно классичны.
Присуждая премию по физиологии и медицине австралийцам Роберту Уоррену и Барри Маршаллу, Нобелевский комитет специально отметил, что в их работе важнейшие результаты были получены и доказаны при помощи самых обычных методов. Добавим: настолько обычных, что почти вся эта работа могла быть сделана еще в XIX веке.
Она, собственно, отчасти и была сделана, когда в 1875 году немецкие микробиологи открыли бактерию, известную сегодня под именем Helicobacter pylori. В ней не было ничего необычного — кроме того, что она жила на внутренней поверхности человеческого желудка, в крепком растворе соляной кислоты и посреди беспощадных молекул пищеварительного фермента пепсина.
Это открытие выглядело противоречащим всему, что микробиология знала о своих объектах. К тому же авторы не соблюли правила хорошего научного тона — не выделили чистую культуру открытой бактерии. О странном микроорганизме забыли на сто с лишним лет — пока в 1982 году Уоррен и Маршалл не выдвинули его на роль главного виновника гастрита и язвы желудка.
Поначалу над австралийскими чудаками, объявившими язву инфекционной болезнью, просто смеялись. Однако вывод Уоррена и Маршалла опирался на ими же разработанную подробную гипотезу, объяснявшую, как Helicobacter ухитряется выжить в столь агрессивной среде. Основой его метаболизма является окисление мочевины до углекислоты и аммиака. Последний, как известно из школьного курса химии, ведет себя как слабая щелочь. В местах скопления бактерий он нейтрализует кислоту, одновременно лишая активности пепсин, способный работать только в кислой среде. Но хроническое искусственное изменение кислотности среды ведет к перерождению слизистой желудка и в конечном счете — к гастриту и язве.
Эту гипотезу Уоррен доказал просто и изящно: испытуемый проглатывал таблетку мочевины, помеченной радиоактивным изотопом углерода. Уже через несколько минут этот изотоп обнаруживался в выдыхаемой испытуемым углекислоте — хотя за это время таблетка могла успеть дойти только до желудка. Науку ХХ века в этом опыте представляли только «меченые атомы», которых, конечно, не могло быть среди инструментов Пастера и Коха.
Но это еще не доказывало патогенную роль бактерии — ведь ее носят в своих желудках примерно две трети человечества, а язвы и гастриты встречаются все-таки гораздо реже. Тогда Маршалл поставил другой опыт — и тоже абсолютно в духе XIX века: он намеренно ввел себе в желудок большую порцию чистой культуры Helicobacter и дождался развития несомненных клинических признаков гастрита. Который он затем успешно вылечил посредством антибиотиков.
С середины 90-х годов «бактериальная» теория гастрита и язвы стала общепринятой в медицине. Хотя, конечно, она не отменила давно подмеченной связи между этими заболеваниями и хроническим стрессом.
Органическая алхимия
Как известно, главной целью средневековых алхимиков был философский камень — агент, позволяющий превращать любые вещества в любые другие. За много веков поиска алхимики его так и не нашли, зато заложили основы научной химии, доказавшей вскорости, что такой универсальной палочки-превращалочки нет и быть не может. Однако в химии органической нечто подобное неожиданно оказалось возможным. Француз Ив Шовен и американцы Ричард Шрок и Роберт Граббс получают Нобелевскую премию по химии за открытие и исследование так называемого метатезиса — химического механизма, возможности которого сопоставимы со свойствами философского камня.
Допустим, мы хотим получить некое вещество, которого нет в природе, но состав и строение молекулы которого мы уже знаем. Мало того — у нас уже есть вещество, очень похожее на то, которое нам нужно. Надо только заменить в нем одну группу атомов (как правило, объединенных атомом углерода, входящим в «скелет» молекулы) на другую. И у нас есть еще одно вещество, содержащее эту самую нужную нам группу атомов. Однако заставить две молекулы поменяться своими частями (химики называют такие замены перегруппировками) нередко оказывается невозможным. Либо для этого нужно провести несколько десятков последовательных реакций. Ни в одной из них выход продукта не бывает стопроцентным, и до последней стадии добирается лишь ничтожная доля исходного вещества. Давней мечтой химиков было проводить перегруппировки напрямую, минуя бесконечные промежуточные стадии. Особенно дразнило то, что примеры таких реакций были известны с середины XIX века, но никто не мог объяснить, почему в одних случаях это можно сделать, а в других, гораздо более многочисленных, — нет.
В 1971 году Ив Шовен, изучавший со своими сотрудниками некоторые реакции перегруппировки, выдвинул идею использовать для этой цели металлоорганический катализатор. И описал его промежуточное комплексное соединение с исходными веществами, которое затем должно распадаться на свободный катализатор и желаемые продукты. Это было типичное «открытие на кончике пера» — Шовен к тому времени не держал в руках такого чудо-катализатора.
В дальнейшем критерии Шовена были уточнены другими учеными, и через несколько лет удалось создать реальные катализаторы такого типа — малоэффективные и капризные, но работавшие именно по описанному Шовеном механизму, который получил имя «метатезис» (по-русски его правильнее было бы звать метасинтезом). Первые приемлемые катализаторы для метатезиса — с вольфрамом, танталом, молибденом и ниобием — разработал к 1980 году Ричард Шрок. А в 1992 году Роберт Граббс создал рутениевый катализатор, стабильно работавший в атмосферном воздухе и разрывавший углеродный скелет только по кратным (двойным и тройным) связям. Он оказался настолько нужным и популярным, что метатезис даже стали называть «реакцией Граббса». Границы возможностей метатезиса, способного, кажется, получить что угодно из чего угодно, не выяснены и до сих пор.
Свет и цвет
Работы, удостоенные Нобелевской премии по физике, конечно, не могли быть не только выполнены, но и задуманы в XIX веке: они целиком основаны на идеях квантовой оптики и оперируют такими невообразимыми понятиями, как «отрицательная вероятность». Но и в них отчетливо ощущается дух «золотого века» науки, дающий о себе знать ясностью постановки задачи и дерзким желанием прямого измерения основ мира.
Только после появления лазеров физика смогла создать приемлемую модель взаимодействия обычного света с веществом. Это сделал в 1963 году американец Рой Глаубер, сумевший учесть в ней как квантовые, так и релятивистские эффекты. Согласно модели Глаубера, сверхмалые количества света (несколько фотонов) ведут себя как нечто целостное, в котором судьба каждой части (фотона) влияет на состояние остальных. И потому воздействие таких групп фотонов на вещество закономерно отличается от того, что предписывает классическая квантовая теория. Глауберу удалось получить статистическое распределение таких отклонений. Возможно, эта задача, красиво поставленная и решенная, но чисто академическая, и не удостоилась бы Нобелевской премии, если бы много позже постулированный Глаубером эффект не оказался подходящей основой для квантовых вычислителей и квантовой криптографии — двух бурно развивающихся прикладных направлений.
Лазерам, позволившим модели Глаубера родиться на свет, она тоже пригодилась. Дело в том, что кванты света, испускаемые лазером, все-таки не совсем одинаковы. Излучая, атомы не прекращают своего теплового движения, причем с неодинаковыми скоростями. Возникает эффект Допплера: волны от удаляющегося источника становятся длиннее, от приближающегося — короче (каждый из нас знает, как мгновенно меняется тон гудка пронесшегося мимо тепловоза). Конечно, скорости атомов несравнимо меньше скорости света, и влияние их движения на длину световой волны (а ею и определяется цвет излучения) ничтожно. Однако при особо точных измерениях оно становится заметным, ставя предел их точности.
Но американец Джон Холл и немец Теодор Хенш, основываясь на модели Глаубера, сумели создать лазеры, в которых разброс длин световых волн, испускаемых разными атомами, сведен к минимуму. Такие лазеры позволили с невероятной прежде точностью измерять важнейшие физические величины — длину, время, скорость, фундаментальные мировые константы. Возможно, эти измерения уже в ближайшем будущем приведут к неожиданным открытиям.
По решению Нобелевского комитета Рой Глаубер получит половину суммы премии. Джон Холл и Теодор Хенш разделят вторую половину.
Пожалуй, работы всех нобелевских лауреатов этого года имеют еще одну общую черту. Все они могут служить иллюстрацией старой истины: нет ничего практичнее красивой теории.
