Наградили отцов быстрого Интернета

Чарльз Као, Виллард Бойль и Джордж Смит совершили переворот в современных технологиях. Что признал Нобелевский комитет. Фото: AP

Нобелевская премия по физике вручена трем ученым, открытия которых совершили переворот в современных технологиях.

Чарльз Као показал, что при помощи оптоволокна можно передавать информацию на большие расстояния, а работа Вилларда Бойля и Джорджа Смита позволила создать светочувствительные матрицы, используемые в фотоаппаратах и видеокамерах. Работа Као, американского физика и выходца из Китая, позволила установить, что большие потери света в оптоволокне обусловлены исключительно дефектами стекла и что их можно снизить за счет совершенствования технологий.

Эта, казалось бы, чисто техническая работа (легшая в основу его диссертации в 1965 году) позволила создать длинные, в тысячи километров, линии связи, в том числе и проходящие под океанами.

Весь интернет, по сути, основан именно на оптоволоконных линиях: несколько кабелей легко покрывают потребности целых государств.

Другая работа, за которую Виллард Бойль и Джордж Смит получили оставшуюся половину Нобелевской премии, тоже носит технический характер. На результат их исследования смотрел, наверное, каждый — в 1969 году ученые разработали светочувствительную полупроводниковую ячейку, позволяющую собирать большие матрицы для фотоаппаратов и видеокамер. Сейчас такие приборы стоят всюду — от сотовых телефонов до космических аппаратов. Компактные и недорогие матрицы позволяют вести видеоблоги, а "старшие братья" цифровых камер передают на Землю изображения поверхности Титана или удаленных на миллиарды световых лет галактик.

Интрига

Примечательно то, что вплоть до момента опубликования результатов на сайте Нобелевского комитета ряд экспертов (например, научный обозреватель издания Dagens Nyheter Карин Бойс, правильно назвавшая до этого победителей в номинации "Медицина и физиология") называли в роли фаворитов вовсе не Као, Бойля и Смита. Предполагалось, что высшая научная награда будет вручена за фундаментальную, а не технологическую работу: потенциальными номинантами называли Алана Аспе, Сержа Ароша и Якира Ааронова — исследователей, внесших свой вклад в развитие квантовой механики.

Необходимо, кстати, заметить, что создание оптоволоконных линий связи и цифровой фототехники без квантовой механики тоже было бы невозможно. То, как ведут себя полупроводники на атомном уровне, описывается именно уравнениями квантовой физики, и без этих уравнений нельзя создать ни полупроводниковый лазер, ни быстродействующие переключатели для управления световыми импульсами. И о квантовой механике стоит рассказать подробнее, а заодно и упомянуть тех, кого пророчили в Нобелевские лауреаты до оглашения официального списка.

Классическое и квантовое

В привычном нам мире свойства объектов всем хорошо известны. Жидкости переливаются, твердые тела держат форму или деформируются под нагрузкой, магниты притягивают попавшие под них предметы, соединенные вместе провода позволяют подключить лампочку, и вплоть до XIX века именно эти явления и изучала наука.

Но на рубеже XIX и XX веков стала активно развиваться теория, позволяющая описать самые обычные явления на более глубоком уровне — уровне отдельных молекул. Например, воздух перестал быть сплошным газом и стал множеством летающих и сталкивающихся между собой молекул, что, с одной стороны, можно представить, а с другой — вызывает сразу множество вопросов о том, как эти молекулы устроены. Аналогия с металлическими шариками уже не годится, потому что упругость и жесткость тоже описываются через взаимодействие молекул. И ладно бы проблема сводилась только к описанию взаимодействия молекул!

Физики столкнулись еще с одной задачей, в которой требовалось объяснить, как нагретые тела излучают тепло и почему с ростом температуры начинают светиться. И дальше: почему светится Солнце? Почему в ходе химических реакций выделяется энергия? Что такое рентгеновские лучи и почему для их получения требуется высокое электрическое напряжение?

Что такое полупроводник? Как он взаимодействует со светом? Как атомы вещества поглощают и рассеивают свет и другое излучение? Заметьте, эти вопросы уже напрямую относятся к тому, за что трое ученых получили сумму в 10 млн шведских крон.

Суть квантовой механики в том, что в ней вместо привычных частиц рассматривается особого вида волна, которую ученые называют " волновой функцией " . В этом квантовая механика отличается от всех прочих разделов физики. Это не классическая механика с ее твердыми телами. Не гидродинамика с потоками жидкостей или газов. Не электромагнетизм с электрическими и магнитными полями. Квантовая механика — есть совершенно особый раздел физики со своим математическим аппаратом, и проводить аналогии с чем-то еще здесь бесполезно. Все, что происходит с частицей, описывается как взаимодействие этой волны с другими волнами.

Технологический прогресс

Открытия, сделанные Као, Бойсом и Смитом, повлияли не только на повседневную жизнь, хотя еще лет 20 назад возможность заснять на свой телефон видеоролик и выложить его в интернет казалась фантастикой. Появление оптоволоконных линий связи повлияло и на ход научного прогресса: по ним физики всего мира смогли получать доступ к огромным массивам данных из других лабораторий. Большой адронный коллайдер, работающие над расшифровкой генома вируса гриппа H1N1/ 09 лаборатории, занятые созданием новых генно-инженерных сортов растений институты и конструкторские бюро — быстро передать гигабайты данных было бы без оптоволокна невозможно.

Каждое новое открытие позволяет не просто увеличить накопленный человечеством запас знаний, но и ускорить работу над другими направлениями. Этот эффект приводит к тому, что научно-технический прогресс идет с ускорением, и это ускорение опять-таки можно ощутить на себе: производительность компьютеров, например, удваивается каждые два года. Новые компьютеры позволяют быстрее проектировать процессоры для компьютеров следующего поколения, быстрее вести обработку результатов экспериментов и быстрее получать технологии, которые позволяют создать еще более быстрые компьютеры и еще более надежные линии связи.

Что будет дальше при таком раскладе — вопрос очень интересный. Ряд специалистов, среди которых Рэймонд Курцвейл, американский футуролог, считают, что развитие квантовой механики и биотехнологий позволит буквально в ближайшие десятилетия совершить радикальный прорыв и обрести бессмертие с попутной перестройкой человеческого тела. Прогноз, безусловно, очень смелый: но в любом случае нас, так или иначе, будут ждать весьма существенные изменения. И Нобелевская премия — есть попытка зафиксировать те открытия, которые действительно способствовали наступлению будущего.

Статья опубликована в издании "Газета", №188 от 7 октября 2009