Пройдусь по Абрикосовой…

В этом году Нобелевский комитет в сто второй раз объявил лауреатов самой престижной премии, присуждаемой за выдающиеся интеллектуальные достижения в области физики, химии, физиологии и медицины, литературы и экономики.

В этом году Нобелевский комитет в сто второй раз объявил лауреатов самой престижной премии, присуждаемой за выдающиеся интеллектуальные достижения в области физики, химии, физиологии и медицины, литературы и экономики. Лауреат премии Мира будет объявлен чуть позже. Размер денежного вознаграждения в каждой номинации составил десять миллионов шведских крон (примерно один миллион триста тысяч долларов) — он делится поровну между победителями.

Физика. Нобелевская премия по физике присуждена двум российским ученым Алексею Абрикосову (гражданин России и США) и Виталию Гинзбургу, а также Энтони Леггету (Anthony Leggett) (гражданин США и Великобритании) «за новаторский вклад в теорию сверхтекучести и сверхпроводимости».

Алексею Абрикосову 75 лет. Он долгое время работал в Институте физических проблем РАН, а в последние годы в Арагонской национальной лаборатории США. Виталий Гинзбург, которому сейчас 87 лет, возглавлял теоретический отдел в Физическом институте имени П. Н. Лебедева, а 65-летний Леггет является профессором Иллинойского университета в Урбана-Шампейне.

Открытые в 1911 году сверхпроводники — материалы, чье электрическое сопротивление при низких температурах становится нулевым, используют, например, для создания сверхсильных электромагнитов. Они находят все большее применение в науке и технике, позволяя создавать гигантские ускорители и медицинские томографы.

Сверхпроводники делятся на два класса в зависимости от характера взаимодействия с магнитным полем. В сверхпроводники первого рода слабое магнитное поле не проникает, а слишком сильное — скачком устраняет сверхпроводимость. За создание в пятидесятые годы теории сверхпроводимости Бардин, Купер и Шриффер в 1972 году получили Нобелевскую премию. Но вскоре выяснилось, что эта теория не описывает взаимодействие с магнитным полем большинства материалов — их назвали сверхпроводниками второго рода. В них сильное магнитное поле проникает постепенно, плавно «убивая» сверхпроводимость. Ко второму роду, в частности, принадлежат открытые в 1986 году высокотемпературные сверхпроводники. В конце пятидесятых Абрикосову удалось создать теорию, согласно которой внешнее магнитное поле проникает в сверхпроводник второго рода в виде магнитных вихрей или квантов магнитного потока. Внутри такого вихря сверхпроводимость исчезает. По мере усиления внешнего поля число вихрей Абрикосова увеличивается, и в конце концов весь материал постепенно переходит в нормальное состояние.

В своей работе Абрикосов опирался на созданную в 1950 году феноменологическую теорию сверхпроводимости Гинзбурга-Ландау. Позже выяснилось, что ее аппарат пригоден и для описания поведения вблизи точек фазового перехода магнетиков, сверхтекучих жидкостей и многих других физических систем. Теория Гинзбурга-Ландау давно стала привычным инструментом в руках физиков-теоретиков всего мира.

Энтони Леггет в семидесятые годы создал теорию, которая описывает переход в сверхтекучее состояние жидкого изотопа гелия 3He. Этот переход открыли спустя почти сорок лет после обнаружения в тридцатые годы Петром Капицей сверхтекучести более распространенного изотопа 4He. Дело в том, что 3He переходит в сверхтекучее состояние при гораздо более низких температурах. Для этого, как показал Леггет, его атомы должны образовать пары, которые похожи на пары электронов в сверхпроводниках. Сегодня сверхтекучий 3He и теория Леггета используется в научных лабораториях для изучения ряда физических явлений, в том числе одной из самых трудных проблем классической физики — турбулентности.

Химия. Премия по химии присуждена «за открытия, касающиеся каналов в мембранах клеток», двум американцам: Питеру Эгре (Peter Agre) «за открытие водных каналов» и Родерику Мак-Киннону (Roderick MacKinnon) «за структурные и механистические исследования ионных каналов». Любопытно что «химики» стали самыми молодыми из нынешних нобелевских лауреатов, Эгре 54 года, а Мак-Киннону всего 47.

Работы нынешних лауреатов в деталях объяснили, как ионы и молекулы воды проникают через клеточные мембраны. Еще в 50–70-е годы стало ясно, что клетки имеют специальные каналы, которые легко пропускают воду и отдельные ионы, но не пропускают другие молекулы. Однако долго не было понятно, как устроены эти «пути». В 80-х годах Питер Эгре выделил группу белков, названных аквапоринами, которые образуют водяные каналы. В 2000-м ему с соавторами удалось определить трехмерную структуру аквапоринов и установить механизм их действия. Мак-Киннон же в 1998-м впервые получил детальное изображение клеточного канала, пропускающего только ионы калия, описал, как он функционирует на атомном уровне и как клетка им управляет (стало понятно, например, почему каналу удается задерживать более мелкие ионы натрия). Благодаря этим работам биохимия смогла достичь атомного уровня.

Медицина. Премия по физиологии и медицине присуждена американцу Полу Лотербуру (Paul Lauterbur, 74 года) и англичанину сэру Питеру Мэнсфилду (Peter Mansfield, 70 лет) за открытия, связанные с получением изображений с помощью ядерного магнитного резонанса.

В семидесятые годы Лотербур обнаружил, что если создать изменяющееся в пространстве магнитное поле, то по частоте радиоволн можно будет судить о месте их испускания и в результате создавать двухмерные изображения внутренних органов. Позже Мэнсфилд разработал математический аппарат для анализа таких радиосигналов и предложил способ изменения магнитного поля, благодаря которому стало возможно очень быстро получать изображения хорошего качества.

Сегодня в мире используется более 22 тысяч магниторезонансных томографов, с помощью которых проведено 60 миллионов обследований. Этот метод особенно полезен для исследования состояния суставов, мозга и раковых опухолей.

Литература. Нобелевка по литературе на сей раз присуждена 63-летнему южноафриканскому писателю Джону Максвеллу Кутзее (John Maxwell Coetzee). Первую книгу он написал в 1974 году, а успех пришел к нему в 1980-м после публикации романа «В ожидании варваров». Не секрет, что литературная премия часто присуждается нобелевским комитетом «не по любви, а по расчету» — по политическим мотивам, учитывая соображения политкорректности и т. п. Тем приятнее, что нынешним лауреатом стал действительно талантливый писатель, двукратный лауреат Букеровской премии. Кстати, два его романа, «Осень в Петербурге» и «Бесчестие», переведены на русский язык.

Экономика. Премия Банка Швеции памяти Альфреда Нобеля присуждена 60-летнему американцу Роберту Энглу (Robert Engle) «за методы анализа экономических временных рядов с переменной во времени волатильностью (изменчивостью)» и 69-летнему британцу Клайву Грэнджеру (Clive Granger) «за методы анализа экономических временных рядов с общим трендом».

Экономические данные (например, цены акций и курсы валют) обычно представлены в виде временных рядов, то есть последовательности наблюдений в хронологическом порядке. Часто они представляются в виде суммы двух компонент, предсказуемой и случайной, от величины колебаний которой, или волатильности, зависит уровень рисков. В 1982 году Энглу удалось предложить статистический метод обработки экономических данных, который учитывает то, что волатильность сильно меняется во времени — периоды спокойствия и малых колебаний рынка сменяются бурным и непредсказуемым изменением цен.

Большинство макроэкономических временных рядов являются динамическими, поскольку они колеблются вокруг величины, медленно изменяющейся со временем. Грэнджер показал, что обычные статистические методы, разработанные для стационарных рядов, могут дать абсолютно неверные результаты, если их применять к динамическим рядам, но открыл, что определенные комбинации динамических временных рядов могут стать стационарными (что позволяет получать практические выводы, используя методы для стационарных рядов). Его метод неоценим для ситуаций, в которых краткосрочная динамика отражает значительные случайные дестабилизирующие факторы, а долгосрочная динамика имеет экономические ограничения (например, для анализа взаимосвязи между курсами валют и уровнем цен).