Завершилась Нобелевская неделя — научный праздник, вызывающий интерес даже у тех, кто обычно не обращает на научные новости внимания. Выбор Нобелевского комитета озадачил подавляющее большинство экспертов — многочисленные прогнозы попали в молоко, лауреатов не угадал никто. Редакция «Репортера» разбиралась, в чем причина нобелевских неожиданностей

Физика: чем хорош голубой огонек

Имена новых лауреатов Нобелевской премии по физике, объявленные во вторник, удивили многих — в этом году высшую научную награду присудили не за фундаментальное открытие, а просто за изобретение, которое собственно в физику ничего нового не привнесло.

Нобелевский миллион (точнее $1,1 млн или 8 млн шведских крон) разделили между собой три японских физика — Исаму Акасаки и Хироси Амано из Нагойского университета и Суджи Накамура (гражданин США) из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре. Премия присуждена им за создание голубого светодиода, обернувшееся повсеместным внедрением ярких энергосберегающих источников света.

Удивлены были и сами лауреаты. В традиционном телефонном интервью с Адамом Смитом, главным редактором Nobelprize.org, профессор Суджи Накамура, разбуженный посреди ночи телефонным звонком из Швеции, сказал:

— Как-то мне не верится, что я получил Нобелевскую премию, обычно ее присуждают за достижения в фундаментальной науке. Я так счастлив, так удивлен!

Исаму Акасаки

И тем не менее, как подчеркивается в пресс-релизе Нобелевского комитета, награда полностью соответствует духу завещания Альфреда Нобеля, ведь «это изобретение принесло человечеству огромную пользу». Действительно, сейчас плюнешь — непременно попадешь в такой светодиод. Они в мониторах смартфонов, компьютеров и планшетов, и эксперты утверждают, что нашествие только начинается. Такие светодиоды тратят гораздо меньше энергии — сегодня самые яркие из них потребляют один ватт на 300 люменов, тогда как для ламп накаливания выход составляет 16 люменов на ватт, а для флуоресцентных ламп — 70.

Проблема, которую разрешили нынешние лауреаты, действительно была чисто технологической. Цветная картинка на мониторе создается сочетанием красных, зеленых и синих пик­селей. К тому времени как японские ученые начали заниматься ею, красный и зеленый свето­диоды были давно созданы, для комп­лекта не хватало только голубого.

Точнее, синий светодиод тоже был сделан задолго до работ японцев, но для коммерческих целей не годился — материалы, из которого его можно было изготовить, либо обусловливали слишком низкий КПД, либо быстро сгорали, перегреваясь. Над синими светодиодами трудились во множестве лабораторий мира, и хотя бизнес отчаянно нуждался в таком источнике света, у многих уже просто опус­тились руки.

Хироси Амано

В итоге сработало правило «упорство и труд все перетрут». Сначала в середине восьмидесятых нужный материал был найден в Нагойском университете группой, состоявшей из профессора Акасаки и его ассистента Амано. Но инвесторам не понравилась необходимость использования дорогостоящего сапфира, и на их светодиоде поставили крест. Однако идеи Акасаки развил молодой сотрудник частной корпорации Nichia Corporation Суджи Накамура. Он усовершенствовал технологию, придумал способ обойтись без сапфира и в 1989 году выдал на-гора синий светодиод, готовый к употреблению.

Боссы Nichia отблагодарили ученого премией, равной 20 тысячам иен (около $200), и отправились зарабатывать миллионы. Забыв о японских традициях почтения в отношении хозяина, Накамура потребовал отчислений от прибыли, а когда ему отказали, уволился, эмигрировал в Америку и подал в суд, потребовав от компании в счет роялти 20 млрд иен ($193 млн по тогдашнему курсу). Суд иск частично удовлетворил — Накамура стал богаче на $8 млн.

Суджи Накамура

Если учесть, что в 2006 году он получил за свой светодиод Премию тысячелетия в области развития технологий (Millennium Technology Prize) в размере $1,3 млн, то $350 тысяч от Альфреда Нобеля вряд ли сильно повысят его благосостояние. Надо полагать, не бедствуют и остальные лау­реаты. Не знаем, как идут дела у Амано, но на отчисления от светодиодов Акасаки создал при Нагойском университете институт имени самого себя.

Химия: миллион за преодоление запрета

Нобелевскую премию по химии вручили Эрику Бетцигу из Медицинского института Говарда Хьюза, немцу Штефану Хеллю, директору Института биофизи­ческой химии Общества Макса Планка, и Уильяму Мернеру из Стэнфордского университета — «за развитие флуоресцентной микроскопии со сверхвысоким разрешением».

Достижение вполне нобелевского уровня, правда, не очень ясно, при чем здесь химия. Может быть, все дело в том, что химики любят посмотреть в микроскоп, но с тем же успехом нынешних лауреатов можно было бы наградить Нобелевкой по физиологии с медициной — ведь биологи тоже имеют обыкновение приникать к окуляру. Так что химики мира должны или обидеться, или задуматься, все ли нормально в их химическом королевстве. Есть ли у них вообще нобелевские достижения, если их законного Нобеля отдали «какому-то» микроскопу?

Эрик Бетциг

Микроскоп между тем не какой-то, а флуоресцентный, то есть совершенно революционный. Оставаясь оптическим прибором, он не знает запрета, наложенного на все оптические приборы Эрнстом Аббе почти полтора века назад. Этот запрет не позволяет разглядеть предметы размером меньше 200 нанометров — из-за дифракции. В прошлом веке запрет Аббе очень раздражал исследователей, стремившихся рассмотреть в окуляр микрообъекты в «естественной обстановке», например живые клетки, их органеллы или большие молекулы. Электронные микроскопы с их куда более высоким разреше­нием не годились — они клетки просто убивали.

В 1994 году Штефан Хелль придумал обходной путь. Каждая молекула обладает способностью флуоресцировать, попросту говоря, светиться после поглощения энергии. Если одним лазером заставить ее и все окружающие молекулы это делать, а потом другим подавить флуоресценцию всех, кроме нужной, то ее можно увидеть, даже несмотря на запрет Аббе, ведь ее никто не освещает, а значит никакой дифракции света нет. Свой метод Хелль назвал аббревиатурой STED — stimulated emission depletion, то есть микроскопия на основе подавления спонтанного испускания. В 2000-м он предъявил недоверчивому научному сообществу первый в мире STED-микроскоп, продемонстрировав его работу на бактерии E. coli.

Штефан Хелль

В США, независимо от Хелля и в то же время, Эрих Бетциг и Уильям Мернер также заинтересовались флуоресценцией. Между собой они не взаимодействовали, но благодаря их открытиям появился еще один способ обойти запрет Аббе. Суть метода сводится к тому, чтобы по многу раз включать и выключать флуоресценцию молекул, а затем полученные снимки накладывать друг на друга. В 2006 году американцы триумфально предъявили миру фотографию мембраны лизосомы (один из
органоидов клетки), сделанную с куда большим разрешением, чем позволял дифракционный предел.

То, что удалось совершить ученым, так и хочется высокопарно назвать преодолением. Им говорили, что это невозможно, предел Аббе теоретически непреодолим, их работы старались не замечать, один из них уже совершенно готов был сдаться и уйти из науки, но нет, они не сдались. И получают теперь наивысшую научную награду в мире.

Любопытна реакция лауреатов на известие об упавшем на них Нобеле. Когда Эрику Бетцигу позвонил для традиционного интервью Адам Смит, тот первым делом спросил, который час. И пояснил, что у Смита есть всего 10 минут на вопросы, потому что ему предстоит важный разговор касательно новых слайдов. К новости о награде он отнесся со смесью счастья и ужаса. Ужас был вызван тем, что все это может внести хаос в его рабочий график.

Уильям Мернер

Штефан Хелль на вопрос Смита, чем он занимался, когда ему сообщили о Нобелевской премии, рассказал, что читал научную статью.

— Что вы сделали сразу после того, как узнали о премии? — спросил Смит.

— Я дочитал абзац, на котором остановился, а потом позвал жену сообщить ей новость.

Реакция Мернера оказалась самой «нормальной». В тот момент он был в Бразилии на конференции. Когда ему позвонили из Стокгольма, он едва не сошел с ума от восторга и сомнений и решил прервать участие в конференции — тут уж не до науки, по крайней мере на несколько месяцев.

Экономика: как укротить олигархов

Жан Тироль, нобелевский лауреат по экономике этого года, назывался одним из самых вероятных претендентов на премию. Однако именно его победа и его главные темы кажутся очень интересными в ряду лауреатов экономической Нобелевки последних лет.

Занятно, что впервые с 2000 года среди победителей нет представителя США. В последнее время американская экономика не только доминирует в мире, но и задает моду и стиль в экономической науке — французские экономисты не получали Нобелевскую премию с 1988 года. Вдобавок сама тема исследований Тироля кажется некоторым поворотом в мировой экономической моде. Ученый исследует отрасли промышленности, в которых доминирует небольшое количество крупных фирм, и при этом рассуждает о государственном регулировании на подобных рынках.

Экономическая Нобелевка очень молода — она учреждена не Альфредом Нобелем, а Шведским национальным банком и впервые вручена в 1969 году. С тех пор экономическая мода менялась, но неизменной оставалась роль успеха политики дерегулирования, а потом и эффектов победы идеи рыночной свободы во всем мире после крушения СССР. Так что проблема необходимости государственного регулирования на некоторых рынках не самый частый гость на этом пантеоне.

Тем не менее Жан Тироль вовсе не диссидент в мировой науке. Его работы вполне укладываются в основные тенденции развития экономической мысли. Эта наука становится все более оснащенной математикой и все менее «противоестественной» по стилю работ. Именно поэтому Нобелевские премии последних лет легко описывать в одном ряду с премиями по химии и физике. И Жан Тироль с блеском использует математический аппарат, в частности теории игр.

Француз Жан Тироль, нобелевский лауреат по экономике

Классический пример теории игр — «дилемма заключенного», в которой обоим заключенным выгодно молчать, но они не знают, что сделает подельник, и поэтому, исходя из минимизации для себя срока заключения, оба проигрывают, сдав друг друга. Во многих реальных экономических ситуациях наблюдается подобный эффект — из-за неполноты или несимметричности информации каждый рыночный игрок ведет себя рационально, но общественное благо в целом проигрывает. Скажем, установление предельной цены на рынке (как у нас «тарифов естественных монополий») может стимулировать сокращение издержек, а может и допустить необоснованные сверхприбыли. Но иногда может и вовсе нарушить балансы на рынке, дав преимущества только тем компаниям, которые продают дешевле не самый лучший и технологичный продукт.

Как пишут в официальном комментарии премии на сайте Нобелевского комитета, до Тироля экономисты искали общие принципы поведения и регулирования рынков. Тироль же доказал, что правильное решение сильно зависит от конкретной отрасли и конкретной ситуации.

Так что же — нет единого ответа? Единого ответа нет, но работы Тироля могут помочь составить модели «игры» и «эффективного контракта» между обществом и фирмами на разные случаи жизни. Более того, французский экономист в ряде случаев придумал, как обществу можно «обыграть» эгоизм отдельных игроков ради общей пользы. Основная проблема коллективного проигрыша на таких рынках — принципиальная неполнота информации: государству и обществу трудно понять, душат ли предельные тарифы или специальные налоги производителей или у них наоборот сохраняются сверхприбыли. Но если предложить фирмам самим выбирать тип контракта с государством (способ регулирования из правильно подобранного «меню»), то выгода будет общая. Например, если фирма (отрасль с монопо­лией или немногими игроками) может сократить свои издержки, то ей будет выгоднее выбрать стимулы снижения себестоимости, согласившись на ограничение конечной цены. А если не может, то будет выбирать регулирование с более свободной ценой.

Тироль показывает, что математические расчеты могут оказаться для государства более полезными, чем прокуратура и антимонопольный комитет вместе взятые.