Начало нобелевского века

Феноменальные достижения естественных наук (физики, химии, физиологии и медицины) в XX в. с достаточной полнотой отражаются в формулировках нобелевских премий. Разумеется, по различным причинам многие выдающиеся открытия не были отмечены высшей научной наградой. Тем не менее историки науки грядущих поколений получат в свои руки достаточно объективный материал, чтобы оценить магистральные пути познания мира в двадцатом столетии. Исполнилось ровно сто лет со времени присуждения первых нобелевских премий.

…Cчитают, что получение динамита стало самым крупным событием в пиротехнике после изобретения пороха. Динамит существенным образом повлиял на историю человечества. Его создатель, швед Альфред Нобель, высказываясь по поводу намечавшегося конгресса в защиту мира в конце XIX в., заявлял: «Мои открытия скорее прекратят все войны, чем эти конгрессы. Когда враждующие стороны обнаружат, что они в один миг могут уничтожить друг друга, люди откажутся от этих ужасов и от ведения войны».

История свидетельствует: люди отнюдь не высказывали намерений отказаться… Динамит оказался лишь предвестником куда более мощных средств разрушения.

Истории, однако, было угодно, чтобы Альфред Нобель стал одной из крупнейших «знаковых фигур» ХХ в. – в совсем ином, подлинно благородном смысле.

Его отец – крупный шведский предприниматель Эммануэль Нобель – был в начале 1850-х гг. приглашен в Россию для проектирования заводов, производящих боеприпасы и оружие. С ним отправились в Петербург и сыновья: Роберт, Людвиг и Альфред. Первые двое занялись нефтяным делом. Они немало поспособствовали тому, что Россия из импортера нефти превратилась в экспортера.

Альфред некоторое время работал в лаборатории Николая Николаевича Зинина в Медико-хирургической академии. Там он и познакомился с нитроглицерином – азотно-кислым эфиром глицерина (открыт в 1846 г. итальянским химиком А.Собреро). Это взрывчатое вещество очень большой разрушительный силы могло найти широкое практическое применение, например в горнодобывающей отрасли промышленности. Однако обращение с ним требовало крайней осторожности.

Нитроглицерином заинтересовался и старший Нобель, возвратившийся в Швецию. На родину скоро вернется и Альфред вместе с младшим братом Эмилем, рожденным в России. Эмиль вскоре трагически погибнет – первая жертва промышленного изготовления нитроглицерина. Отец не оправился от такого потрясения. Все дела переходят в руки Альфреда.

В 1866 г. у него появилась идея смешать нитроглицерин с кизельгуром – тонкопористой осадочной породой. «Укрощенный» нитроглицерин получил название динамит. Чтобы он мог проявить себя как взрывчатое вещество, требовался лишь детонатор.

В 1867 г. А.Нобель получил патент на открытие и начал широкое производство динамита.

Альфред не имел какого-либо систематического образования, но исключительные природные способности позволяли ему легко овладевать самыми различными областями знаний. Он свободно ориентировался в химии и физике, многих технических науках. Его отнюдь нельзя было назвать дилетантом в медицине, философии, истории, литературе. Он в совершенстве владел шестью европейскими языками.

Он сделал немало других открытий и усовершенствований – и не только в области взрывчатых веществ. Ему принадлежало более 350 патентов. Нобель был владельцем (или совладельцем) 93 заводов. Состояние одного из самых богатых людей в Европе оценивалось в 700 млн шведских крон.

Почти за год до смерти он написал завещание; в нем он наказывал из своих капиталов «создать фонд, проценты которого будут ежегодно распределяться в виде премий тем, кто в течение предыдущего года принес наибольшую пользу человечеству. Указанные проценты необходимо разделить на пять равных частей, которые предназначаются: одна часть – тому, кто сделает наиболее важное открытие или изобретение в области физики; другая – тому, кто сделает наиболее важное открытие или усовершенствование в области химии; третья – тому, кто сделает наиболее важное открытие в области физиологии или медицины; четвертая – тому, кто создаст наиболее выдающееся литературное произведение идеалистического направления; пятая – тому, кто внес наиболее существенный вклад в сплочение наций, уничтожение рабства или снижение численности существующих армий и содействие проведению мирных конгрессов. Премии физикам и химикам будут присуждаться Шведской академией наук, по физиологии и медицине – Каролинским институтом в Стокгольме, по литературе – Академией в Стокгольме, борцам за мир – комитетом из пяти человек, избираемым норвежским Стортингом. Мое особое желание заключается в том, чтобы при присуждении премий не принималась во внимание национальность кандидатов…».

Однако в конце августа 2001 г. норвежское правительство и норвежская Академия наук и литературы объявили об учреждении премии, названной в честь великого ученого Нильса Абеля*, за работы в области математики. Эта награда будет присуждаться по решению Международного консультативного комитета и рассматривается как эквивалентная Нобелевской премии в области математических наук.

Завещание не предусматривало присуждения премии в области чистой математики.

В 1968 г. Шведский национальный банк учредил премию имени Альфреда Нобеля в области экономических наук.

Нобель скончался 10 декабря 1896 г. Однако его завещание не сразу обрело статус полноценного юридического документа, ибо возникло много «тонкостей», которые в той или иной мере оспаривали его правомерность. Только в январе 1899 г. был подготовлен Устав по присуждению Нобелевских премий, да еще больше года понадобилось, чтобы за него проголосовал парламент, который передал документ на утверждение королю. Высочайшая подпись появилась под уставом 29 июня 1900 г.

Некоторые требования устава справедливо представлялись современникам излишне жесткими и потому вскоре получили более свободное толкование. Так, вместо награждения за «открытия, сделанные в предыдущем году» появилось положение о присуждении премий за работы нескольких последних лет или за более ранние открытия, значение которых стало очевидным сравнительно недавно. Таким образом, выявилась возможность выбирать лауреатов из крупнейших ученых конца XIX в. Подобная «расширительная» интерпретация одного из требований завещания имела, однако, и негативную сторону, поскольку иногда премии присуждались за открытия, выполненные десятилетия назад. Тем не менее само присуждение Нобелевских премий стало событием всемирно-исторического значения.

Деятельность специальных Нобелевских комитетов связана с отбором кандидатов и подготовкой предложений по оценке представленных работ. Ежегодно комитеты рассылают тысячи извещений видным ученым с просьбой дать предложения о коллегах, достойных Нобелевских премий. Эти предложения должны поступить в Стокгольм не позднее 1 февраля каждого года. Затем Нобелевские комитеты отбирают кандидатов. В октябре имена избранников представляются членам Шведской королевской академии наук и Каролинского медико-хирургического института. Сообщение о новых лауреатах публикуется в день рождения Альфреда Нобеля – 21 октября; официальная церемония вручения премий происходит в годовщину его кончины – 10 декабря. Премии присуждают только живущим ученым. За то или иное открытие премией могут быть награждены не более трех человек. Иногда премию делят между разными учеными и присуждают за разные открытия. Кроме того, лауреатов награждают медалями (отчеканены по эскизу шведа Эрика Линберга). На лицевой стороне медали (a) – профиль А.Нобеля; на оборотной стороне медали (б) – аллегорически изображена природа в виде богини, восстающей из облаков, с рогом изобилия в руках; вуаль на ее лице поднимает женщина, олицетворяющая гений науки. В нижней части медали выбита фамилия лауреата.

Первое нобелевское торжество состоялось 10 декабря 1901 г. Шведский король вручил дипломы и золотые медали Вильгельму Рентгену, Якобу Вант-Гоффу и Эмилю Берингу соответственно за работы в области физики, химии, а также физиологии и медицины.

Далее будем говорить только о Нобелевских премиях по химии и физике. Отметим лишь, что Беринг был награжден за разработку способа активной иммунизации против дифтерии. Кстати говоря, первые русские лауреаты Иван Петрович Павлов (1904) и Илья Ильич Мечников (1908) были отмечены за исследования соответственно в области физиологии пищеварения и за работы по иммунизации.

Первым отечественным химиком, удостоенным премии, стал Николай Николаевич Семенов, разделивший ее с англичанином Сирилом Хиншелвудом (1956). По многим объективным причинам нобелевских лауреатов – химиков и физиков – в нашей стране очень мало. Кроме Семенова, премии по химии не удостоился более никто. Что касается физиков, то назовем лишь имена П.А.Черенкова, И.М.Франка, И.Е.Тамма (1958); Л.Д.Ландау (1962); Н.Г.Басова и А.М.Прохорова (1964); П.Л.Капицы (1978) и Ж.И.Алферова (2000). Большинство из этих премий были присуждены за циклы работ, осуществленные достаточно давно.

Открытия немецкого физика Рентгена и нидерландского химика Вант-Гоффа относятся к числу весьма значимых в истории науки.

Рентгену в 1895 г. исполнилось 50 лет. Принято считать, что привилегии на выдающиеся открытия принадлежат главным образом молодым ученым, еще не утратившим свежести мышления. Открытие Рентгена было случайным. Вечером  8 ноября 1895 г. он заметил свечение листа бумаги, пропитанного платиносинеродистым барием – сильно фосфоресцирующим веществом. Ученый пришел к выводу, что оно вызвано новым видом лучей, ранее неизвестных. Оказалось, лучи обладают колоссальной проникающей способностью. Рентген стал детально изучать загадочное явление и в конце декабря опубликовал подробный отчет о своих работах. Сведения о Х-лучах (так назвал их автор открытия) и их необычных свойствах моментально получили широчайшую известность. Так, в течение 1896 г. им было посвящено более 1000 публикаций – случай в истории науки беспрецедентный.

Сам Рентген еще около двух лет продолжал исследовать свойства лучей. Однако он не мог объяснить их происхождения, равно как и установить волновую природу лучей. Он не признавал существования электронов. А ведь именно их торможение в веществе порождает электромагнитные волны с более короткой длиной, чем у ультрафиолетового света. Различают два вида рентгеновского
излучения: тормозное и характеристическое. Последнее называется так потому, что характерно для материала анода, подвергающегося бомбардировке пучком электронов.

В последующие годы нобелевскими лауреатами стали многие ученые, занимавшиеся изучением Х-лучей.

Первый из них (1914) – немецкий физик Макс фон Лауэ, открывший дифракцию рентгеновских лучей, что доказало их волновую природу. Через год лауреатами были провозглашены английские ученые – отец и сын Уильям Генри Брэгг и Уильям Лоренс Брэгг, которые заложили основы рентгеноструктурного анализа. Их соотечественник Чарлз Баркла получил премию (1917) за открытие (1906) характеристических рентгеновских лучей. Изучая их спектры, английский ученый Генри Мозли доказал: порядковый номер элемента в периодической системе численно равен заряду ядра его атома. Но удостоиться высшей научной награды Мозли не довелось: он трагически погиб на войне.

Закономерности рентгеновских спектров помогли датскому физику Нильсу Бору разработать теорию периодической системы (1922). Список продолжил шведский исследователь Карл Сигбан (1924), внесший существенный вклад в изучение этих спектров. В 1936 г. премию присудили профессору Берлинского университета физику Петеру Дебаю, в частности за изучение дифракции рентгеновских лучей в газах. Спустя 10 лет американский биолог Герман Мёллер, обнаруживший возникновение мутаций под действием рентгеновских лучей, заслужил премию по физиологии и медицине.

В 1964 г. нобелевским лауреатом по химии стала женщина – английский химик и биохимик Дороти Кроуфут-Ходжкин: методом рентгеноструктурного анализа она определила строение белков и ряда биологически активных соединений. Наконец, Кай Сигбан (сын Карла Сигбана) в 1981 г. удостоился премии по физике за разработку метода электронной спектрометрии, широко применяемого в химических исследованиях.

Открытие Рентгена сыграло существеннейшую роль в создании современных представлений о строении и свойствах вещества. И недаром его образно называли «человеком, который просветил мир».

Вант-Гофф (родился в 1852 г.) был немногим моложе Рентгена. Премия по химии была присуждена нидерландскому физикохимику «за открытие законов химической динамики и осмотического давления в растворах», что звучит менее лаконично, чем формулировка премии Рентгену: «За открытие лучей, которые носят его имя».

И все же у историка вызывает некоторую досаду, что в формулировке премии Вант-Гоффу не были отмечены те его заслуги, которые распахнули перед химией совершенно новые горизонты. А именно, ученый придал химии «третье измерение». Написание химических формул органических соединений на плоскости теперь было дополнено их пространственными изображениями.

Идея Вант-Гоффа (она стала достоянием гласности в 1878 г.) состояла в следующем: в молекулах органических соединений, содержащих один атом углерода, он расположен в центре правильного тетраэдра. Четыре его химических сродства направлены к углам тетраэдра. Если углеродный атом связан с четырьмя различными атомами или группами из разных атомов, то он становится асимметричным, а соответствующее соединение – оптически активным, т. е. приобретает способность вращать плоскость поляризации. Тем самым получала объяснение причина оптической изомерии.

Так начала свое победное шествие стереохимия. Вскоре стало ясно, что стереоизомерия распространена и среди неорганических соединений. Созданная в 1890-х гг. швейцарцем Альфредом Вернером (нобелевский лауреат по химии, 1913 г.) координационная теория во многом обязана стереохимическим постулатам. В середине ХХ в. возник конформационный анализ – важнейшее направление современной стереохимии.

И все же Нобелевскую премию по химии Вант-Гоффу присудили не за создание стереохимического учения. Его открытия, за которые он получил награду, бесспорно, были фундаментальными. Они существенно способствовали окончательному формированию физической химии. Но ведь в те годы немало химиков первого ранга развивали этот важнейший раздел химической науки.

В книге «Этюды о химической динамике» (1884) ученый детально рассмотрел природу и механизм химических процессов; впервые широко использовал для расчетов принципы термодинамики и математические методы.

Еще в середине XVIII в. стало известно явление, получившее название «осмотическое давление», или, короче, «осмос». Оно заключается в самопроизвольном переходе вещества через полупроницаемую мембрану, разделяющую два раствора различной концентрации или чистый растворитель и раствор. Величина разности давлений, при которой переход прекращается, и есть осмотическое давление. Оно играет огромную роль в жизнедеятельности растительных и животных организмов.

В 1886 г. Вант-Гофф публикует работу «Химическое равновесие в системах газов и разбавленных растворов», в ней он, в частности, писал: «Я установил для разбавленных растворов законы, аналогичные законам Бойля и Гей-Люссака… Если сравнить вещество в газообразном состоянии с состоянием его в растворах, то нельзя заметить никакого сходства. Но дело примет совершенно иной оборот, если мы представим растворенное тело как бы заключенным в сосуд с полупроницаемыми стенками, погруженный в растворитель. В этом случае раствор давит на стенку и, таким образом, приобретает характерную особенность газового состояния. А именно: сила осмоса заставляет растворитель входить в сосуд. Если последний наполнен растворителем и замкнут, то производит на внутреннюю стенку осмотическое давление».

При большом разрежении можно пренебречь объемом и взаимодействием частиц. Следовательно, рассуждал Вант-Гофф, к осмотическому давлению можно применить основные газовые законы. По закону Бойля осмотическое давление должно быть пропорционально концентрации при постоянной температуре. По закону Гей-Люссака осмотическое давление должно быть пропорционально температуре, если концентрация остается постоянной.

Все это означало: существует аналогия между закономерностями, управляющими поведением газов и разбавленных растворов. Это была поистине гениальная мысль, потому она и привлекла внимание Нобелевского комитета по химии. Вант-Гофф подвел под эту аналогию прочный фундамент математических уравнений. В частности, он установил зависимость между осмотическим давлением растворов и давлением их паров, температурами замерзания и кипения, а также предложил новый метод определения молекулярных весов соединений.

Но могут ли потомки с абсолютной убежденностью утверждать, что именно Рентген и Вант-Гофф действительно оказались теми творцами науки, которым, бесспорно, суждено было «запустить стрелки» нобелевских часов? Вряд ли допустима мысль оспаривать приоритет немецкого физика: эффект, произведенный его открытием, и огромный практический интерес, вызванный им, имели революционный характер. Да, рядом стояли открытия явления радиоактивности (1896) и электрона (1897), но еще требовалось время, чтобы значимость их стала непреложной. По существу, у Рентгена не оказалось конкурентов, и едва ли членам Нобелевского комитета стоило производить поиски среди более ранних работ.

Куда обширнее был выбор у химиков, в особенности когда «временные ограничения» завещания подверглись решительной корректировке. Работы, принесшие нобелевскую славу Вант-Гоффу, относятся к концу 1870-х – 1880-м гг. Но ведь среди «грандов» химии последних десятилетий XIX в. фигурировали имена Д.И.Менделеева (ведь его учение о периодичности получило всеобщее признание в конце 1880-х гг.), американца Джозайя Гиббса – создателя химической термодинамики и статистической механики, короля органического синтеза Марселена Бертло… Этот перечень можно без особого труда продолжать.

Средний возраст нобелевских лауреатов составляет около 39 лет (физики – 36, химики – 39). Самым молодым лауреатом был Уильям Лоренс Брэгг (премия по физике, 1915 г.) – 25 лет.

Дважды удостаивалась премий Мария Склодовская-Кюри (1903 г. – по физике, 1911 г. – по химии), Джон Бардин (1956 г. и 1972 г. – по физике), Лайнус Полинг (1954 г. – по химии; 1962 г. – премия мира).

Среди женщин кроме М.Склодовской-Кюри лауреатами были Мария Гёпперт-Майер (1963 г. – по физике), Дороти Кроуфорд-Ходжкин (1964 г. – по химии), Барбара Мак-Клинток (1983 г. – по физиологии и медицине).

В 2001 г. Нобелевские премии получили ученые: по химии – Рёдзи Ноёри (Япония) и Уильям С. Ноулз, К. Барри Шарплесс (США) «за работы по хирально-каталитическим реакциям гидрирования и окисления»; по физике – Эрик Корнелл, Вольфганг Кеттерле (США) и Карл Виман (Германия) «за работы по исследованию конденсата Бозе–Эйнштейна».

---

*Абель (Abel) Нильс Хендрик (1802–1829) – норвежский математик.