Никогда еще Нобелевский комитет не отмечал одновременно физиков, химиков и физиологов за причастность к информационным технологиям
В минувшее воскресенье Его Величество король Швеции Карл XVI Густав вручил в стокгольмском Concert Hall Нобелевские премии за 2000 год. Впервые с 1978 года высшей для научного сообщества награды удостоен физик из России - академик Жорес Алферов.
С самой первой премии, врученной в 1901 году, шведских академиков не перестают обвинять в предвзятости, политических пристрастиях и двойных стандартах. Действительно, придраться к Нобелевскому комитету есть за что. По мнению известного историка науки Владимира Визгина, Россия, например, недополучила семь премий по физике; отечественные химики уверены, что их обделили как минимум два раза; могут предъявить свой счет и биологи. В то же время в иные годы премии вручали за исследования и разработки, далекие от магистральных направлений НТП. Взять хотя бы премию в области физики, врученную в 1912 году шведу Густаву Далену, придумавшему автоматический регулятор для осветительных систем маяков и буев; можно поспорить и с решением 1908 года дать премию Габриелю Липману за разработку метода цветной фоторепродукции. Но, пожалуй, наиболее "концептуальные претензии" шведам стали предъявлять в последние десятилетия. Связаны они с самим текстом завещания Альфреда Нобеля, подписанным им в 1895 году.
Болгарский историк науки Валерий Чолаков, специализирующийся на нобелевской проблематике, считает, что с конца XIX века, когда физика и химия наряду с физиологией действительно были важнейшими областями науки, ситуация изменилась и наряду с ними на авансцену вышли новые дисциплины, о которых Нобель и его современники не имели даже представления. В частности, шведские академики, следуя букве и духу завещания изобретателя динамита, долго пренебрегали астрофизикой, комплексом наук о Земле (американские океанологи, например, даже решили в отместку ежегодно вручать коллегам премию Альбатроса, удачно пародируя при этом стокгольмскую церемонию), а физиологию трактовали в довольно узком смысле, связывая ее преимущественно с медициной. Кроме того, Нобель в принципе не мог предусмотреть появление такой отрасли знаний, как информационные технологии. Впрочем, шведские академики, по-видимому, не глухи к критике и во второй половине века все чаще старались втиснуть в прокрустово ложе нобелевских формулировок все новые и новые направления. Особенно удачно у них это получилось в нынешнем году. Все три премии в сфере естественных наук имеют непосредственное отношение к разработкам, ведущим к созданию вычислительной техники будущего, - квантового и молекулярного компьютеров (премии по физике и химии) и нейротехнологиям (физиология и медицина).
Квантовая точка
Лауреатами Нобелевской премии в области физики стали американец Джек Килби - за изобретение микросхемы, российский физик академик Жорес Алферов и американец Герберт Кремер - за открытие гетероструктур и разработку на их основе систем опто- и высокоскоростной электроники. Роль микросхем в чудовищно быстром развитии компьютерных технологий во второй половине XX века очевидна, эту премию, пожалуй, можно было бы вручить и раньше, все-таки кремниевый век уже на исходе. А вот награждение Алферова и Кремера произошло очень своевременно. Об исследованиях гетероструктур (соединений полупроводников A3#8722;B5 - элементов третьей и пятой групп Периодической системы Менделеева) и их роли в нынешнем технологическом укладе академик Алферов подробно рассказывал в недавнем интервью нашему журналу (см. "Эксперт", N30 [1] за 2000 год). Стоит, правда, пояснить, почему именно полупроводники A3#8722;B5 могут оказаться одной из самых перспективных технологий при создании квантового компьютера. Для того чтобы считать на отдельном атоме, требуется применение довольно изощренных методов вроде "подвешивания" его с помощью ионной ловушки или лазерного луча. Благодаря же гетероструктурам можно создать в полупроводнике так называемую квантовую точку, которая представляет собой образование из многих атомов, ведущих себя тем не менее как один "большой атом". С таким искусственно созданным атомом гораздо проще работать, в том числе считать на нем. Правда, предстоит еще многое сделать, чтобы довести эту технологию до ума, поэтому некоторые специалисты считают, что если квантовый компьютер и будет когда-нибудь создан, то значительно позже молекулярного (в частности, такую точку зрения высказывал нашему корреспонденту вице-президент Bell Labs Роберт Мартин). Как раз с молекулярным компьютером непосредственно связаны исследования лауреатов Нобелевской премии по химии.
Проводящий пластик
Нобелевская премия по химии была присуждена в этом году японскому ученому Хидеки Ширакава и американцам Алану Хигеру и Алану Макдайармиду за открытие и исследование проводящих полимеров. Обычные полимеры - хорошие диэлектрики, но, по словам заведующего кафедрой химической кинетики химфака МГУ академика Анатолия Бучаченко, совместная работа будущих нобелевских лауреатов заставила изменить общепринятую точку зрения.
Как это часто бывает в истории науки, открытию помогла случайность. Студент Ширакавы как-то по ошибке добавил слишком много катализатора, в результате чего бесцветный пластик вдруг стал отражать свет подобно серебру, и это наводило на мысль о том, что он перестал быть изолятором. В то же самое время на американском континенте химик Макдайармид и физик Хигер безуспешно пытались сделать полимер проводящим. На семинаре в Токио Ширакаве и Макдайармиду во время перерыва удалось рассказать друг другу о своих достижениях, после чего японец немедленно был приглашен в Пенсильванский университет. Уже там поиск привел к открытию полимера с проводимостью, в десятки миллионов раз превосходящей обычный пластик.
Какая связь между проводящими полимерами и компьютером? В пресс-релизе Нобелевского комитета отмечается, что особенно интересным и перспективным приложением проводящих полимеров будет молекулярная электроника. Еще в шестидесятые годы возникла идея поискать органические молекулы, которые бы вели себя как транзисторы. Леонид Федичкин, научный сотрудник Физико-технологического института РАН, говорит о том, что методика сборки молекулярной микросхемы уже существует - к отдельной молекуле можно "подключить" электрические контакты и наблюдать, как через нее проходит электрический ток, управляемый внешним воздействием, например давлением. Роль "проводов" в такой молекулярной цепи как раз и будут играть проводящие полимеры.
Бертрам Бэтлог, директор исследований в области физики твердого тела Bell Labs, уверен: "Мы сможем получить сравнимое с кремниевым предшественником качество полимерных электронных компонентов за малую часть его стоимости". Кстати, всего неделю назад появилось сообщение о том, что ученые из Кембриджского университета уже разработали технологию производства микросхем из полимерных материалов. Компания Plastic Logic обещает представить прототип сверхдешевой пластиковой микросхемы летом будущего года.
Память улитки
Нобелевскую премию в области медицины и физиологии шведские академики решили отдать своему соотечественнику Арвиду Карлссону и американцам Полу Грингарду и Эрику Канделю за исследование процессов передачи сигнала в нейронных сетях естественного происхождения (то есть в нервных системах живых организмов, прежде всего в мозге человека). По словам члена-корреспондента РАН, директора Института мозга человека Святослава Медведева, отрадно, что "премию начали давать не за теоретические вещи вроде транспорта белков (Нобелевская премия за прошлый год. - "Эксперт"), а за открытия, имеющие конкретные прикладные приложения. Эту премию можно было бы дать лет на десять раньше, поскольку все, что сделано в области изучения мозга, опиралось на пионерские работы награжденных исследователей".
Как "считает" человеческий мозг, до конца непонятно еще и сегодня, но Карлссону, Грингарду и Канделю удалось выявить ключевые элементы самого сложного из известных науке вычислительных механизмов.
В отличие от искусственных электрических цепей в передаче сигнала от одного нейрона к другому важную роль играют особые вещества - нейротрансмиттеры, изменение концентрации которых в местах соединения нейронов друг с другом приводит к образованию несущего информацию импульса. Карлссон в конце пятидесятых годов провел исследования, в результате которых был открыт один из нейротрансмиттеров - дофамин, регулирующий моторные функции человека и животных. Ему также удалось установить, что низкая концентрация дофамина вызывает симптомы, аналогичные симптомам болезни Паркинсона, что позволило разработать новые лекарства. Дальнейшее развитие представлений о механизмах выработки и передачи сигналов и роли в ней нейротрансмиттеров было сделано Грингардом в конце шестидесятых годов. Кандель заинтересовался процессами, ответственными за образование памяти. Сначала он попробовал поэкспериментировать с млекопитающими, но очень быстро понял, что выбрал слишком сложный объект. Большего успеха удалось достичь с морской улиткой, чья нервная система состоит всего из 20 тысяч нейронов (человеческий мозг содержит больше триллиона нейронов). Затем Кандель получил подтверждение своих выводов о механизмах образования памяти с помощью экспериментов на мышах. Благодаря эти работам стало окончательно ясно, что память большинства живых существ работает благодаря изменению концентрации нейротрансмиттеров в синапсах.
Исследования нобелевских лауреатов дали толчок работам над созданием нейрокомпьютеров - искусственных нейронных сетей, пытающихся копировать живую природу. По словам заместителя начальника математического отдела Троицкого института инновационных и термоядерных исследований Александра Ежова, в искусственных нейросетях, которые пока разрабатываются на основе полупроводниковых технологий, передача информации происходит без химических посредников, с помощью одного лишь электрического импульса. Именно открытия Канделя позволили разработать такие модели, в которых функции нейротрансмиттера выполняет сама конфигурация сети, то есть способ соединения искусственных нейронов друг с другом. Сегодня нейрокомпьютинг - научная дисциплина на стыке физиологии, физики и кибернетики - представляет собой бурно развивающуюся область, в которую инвестируют такие киты мировой информационной индустрии, как Intel, IBM, Motorola, Lucent Technologies. В нашей стране тоже ведутся интересные разработки по этой теме, причем среди коммерческих структур наибольших успехов добились НТЦ "Модуль" и венчурная компания "Нейрок". Естественно, пока речь идет об очень грубых подделках человеческого мозга, но, по словам исследователей, нейрокомпьютеры в отличие от обычных вычислительных машин уже умеют обучаться на опыте, распознавать образы, и главное, они делают вполне человеческие ошибки.
