Нобелиаты новой волны, или Полет лягушки

Возможно, будущий историк науки, изучая наше время, отметит занятный социальный феномен: первое десятилетие XXI века вполне можно идентифицировать как «апофеоз Большой советской физики». Такого в обозримом будущем не предвидится. Три Нобелевские премии по физике, доставшиеся пяти ученым, — это по любым меркам серьезное достижение. Вот этот нобелевский список:

2000 год — академик Жорес Алферов (гражданство — Россия, место работы — Физико-технический институт имени А. Ф. Иоффе, Санкт-Петербург);

2003 год — академик Виталий Гинзбург (гражданство — Россия; Физический институт имени П. Н. Лебедева, Москва); академик РАН Алексей Абрикосов (с 1999 года — гражданин США; Аргоннская национальная лаборатория, Аргонн, США);

2010 год — кандидат физико-математических наук Андре Гейм и Константин Новоселов…

Но если говорить о гражданстве и месте работы героев этого очерка Гейма и Новоселова, одной строчкой не обойдешься. Этнический немец Андрей Константинович Гейм родился в 1958 году в Сочи, высшее образование получил в Московском физико-техническом институте, сейчас — подданный Королевства Нидерландов, работающий в Англии, в Манчестерском университете. С Константином Сергеевичем Новоселовым тоже не без интриги: уроженец Нижнего Тагила (1974), имеющий двойное гражданство — Великобритании и России, работает все в том же Манчестерском университете. Оба возведены королевой Елизаветой II в рыцарское достоинство. Какие еще нужны доказательства реальности глобализации?..

Гейм категорически просит не ассоциировать его с российской наукой. Он даже имя свое «подредактировал» — теперь он Андре, а не Андрей. Новоселов вроде бы от российской половины своего гражданства не открещивается. Впрочем, две его дочки-двойняшки, Виктория и София, родились уже в Англии. Но дело, как говорится, не в штампе в паспорте.

Физический Нобель 2010 года, который разделили на двоих Гейм и Новоселов, — это знаковое событие для всей российской науки. Вернее, для российского способа заниматься наукой. По многим причинам.

Во-первых, Гейм и Новоселов — это новое, постсоветское поколение нобелевских лауреатов, получивших эту награду за работы, уже не имеющие никакого отношения ни к атомной бомбе, ни к Советскому Союзу вообще. Новоселов даже не имеет ученой степени, присуждаемой в России. Да и Гейм «всего лишь» кандидат наук. Все российские академики, которые могли, уже получили свои Нобелевские премии. Похоже, фундаментальный задел, созданный в СССР, исчерпан. Академик Виталий Гинзбург был последним из могикан.

Во-вторых, Нобелевская премия Гейма и Новоселова получена за работы в области, которую мы долго считали чуть ли не национальной российской гордостью, — физика твердого тела. Уж что-что, а физика твердого тела — это наше! И мы законно этим гордились: нобелевское лауреатство академиков Жореса Алферова и Виталия Гинзбурга (да и Алексея Абрикосова) — блестящее тому подтверждение.

И вдруг — бац!

Бывшие сотрудники Института физики твердого тела Российской академии наук в Черноголовке, учитель и ученик, Гейм и Новоселов, получают Нобеля за исследования, которые потенциально могли бы быть проведены в России… Но — проведены в Англии.

В 2004 году они экспериментально обнаружили (лучше сказать — создали; буквально на коленке — отслаивая графит, слой за слоем, с помощью липкой ленты-скотча) невозможное, казалось бы, соединение углерода в виде сверхтонкой пленки толщиной всего в один атом — квазидвумерный (2D) кристалл с упорядоченной гексагональной сеткой (в виде пчелиных сот). Закономерно возникло название нового материала — графен. «Невозможность» существования 2D-кристаллов за 70 лет до Гейма и Новоселова обосновывали такие тяжеловесы теоретической физики, как Лев Ландау и Рудольф Пайерлс. Причина, по их мнению, — смещение атомов под действием тепловых флуктуаций… Но ошиблись выдающиеся теоретики. «Графен вблизи дираковской точки — это исключение, то есть теория ферми-жидкости Ландау там не работает», — объяснил их ошибку российский физик-теоретик Михаил Иосифович Кацнельсон, профессор Университета Неймегена имени святого Радбода Утрехтского (Нидерланды).

Обратите внимание — опять Нидерланды. И здесь впору говорить, что, несмотря на бесконечное количество авторитетных заявлений, мол, наука интернациональна, она, по-видимому, остается сугубо и глубоко национальной. Только национальность ее определяется уже не составом крови творцов, а способностью того или иного государства создать для них лучшие условия. Где такие условия есть — на той территории творцы и живут, и творят, и платят налоги. Выгоды государства очевидны. Представьте только, как подскочил рейтинг Манчестерского университета — со всеми вытекающими отсюда экономическими бонусами. Кстати, не случайно Михаил Кацнельсон остается также профессором Уральского федерального университета. «Симбиоз», выгодный обеим сторонам, — рейтинги университета, дополнительное финансирование в виде грантов, попадание в библиографические базы и проч., и проч. Это новый и принципиальный момент. И это отличает Кацнельсона от Гейма и Новоселова.

Весьма показательно одно интервью Гейма, данное уже в статусе нобелевского лауреата. Закончив в 1975 году в Нальчике школу с золотой медалью, Андрюша Гейм подал документы в Московский инженерно-физический институт.

При попытке поступить в МИФИ, — вспоминает Гейм, — меня завалили на экзаменах. Через несколько лет мне объяснили (и это было для меня шоком), что для поступления в этот вуз человеку с немецкой фамилией нужны особые рекомендации. Я этих тонкостей не знал. Вернулся домой, устроился на электровакуумный завод слесарем-электротехником. После второго провала на экзаменах в МИФИ понял, что ситуация непробиваемая, забрал документы и в тот же год поступил в МФТИ, где, как оказалось, не было системы деления на тех, кого нужно и кого не следует принимать. Печально все это. Лет через 10–15, похоже, тут останутся только такие ученые, доктора и академики, как Шойгу, Кадыров, Жириновский, Грызлов и мегаакадемик Петрик. (? propos: «Новоселов и Гейм украли у меня Нобелевскую премию», — утверждает автор ряда лженаучных исследований Виктор Петрик.)

Проблема именно в том и состоит, что, даже если бы работы по графену были выполнены, допустим, в Черноголовке, а не в Манчестере, Гейм и Новоселов почти наверняка никогда не получили бы за них Нобелевскую премию.

И это действительно обидно…

Между тем графен оказался уникальным материалом. Электропроводность на порядок выше, чем у меди; теплопроводность — на несколько порядков выше, чем у той же меди; коэффициент жесткости в 200 раз больше, чем у стали. Добавьте к этому исключительно большую удельную поверхность графена — 2675 кв. м на грамм! И что принципиально важно: каждый атом в этом двумерном кристалле химически активен, может вступать в разнообразные химические реакции. Дух захватывает от возможностей технического и технологического применения этого «плоского» кристалла. И уж совсем интригующим выглядит тот факт, что вскоре после работ Гейма и Новоселова космическая обсерватория «Спитцер» зафиксировала следы графена в планетарной туманности Улитка (созвездие Водолея, 650 световых лет от Солнца).

Тот же Михаил Кацнельсон, говоря об удивительных свойствах графена, подчеркивает, что они «описываются уравнениями, похожими на уравнения таких вот релятивистских частиц в ускорителях, с той только разницей, что скорость света там играет величина в 300 раз меньше [скорости света]. Иными словами, такая вот модель Вселенной, где мировые константы другие, а законы физики, в общем, такие же. Поэтому-то так важен взгляд со стороны релятивистской квантовой механики».

Недаром физики отмечают еще одну уникальную особенность графена: в нем в лабораторных условиях можно наблюдать экзотические явления фундаментальной физики, для чего иначе необходимы огромные энергии, а значит — большие ускорители. В этом смысле графен по праву называют «ЦЕРНом на столе».

В общем, ничего удивительного, что Нобелевский комитет так быстро среагировал на достижение Гейма и Новоселова: шесть лет с момента открытия в 2004 году графена до вручения премии в 2010-м — временной отрезок просто спринтерский в истории самой авторитетной научной награды.

Есть в этом, однако, некое противоречие. Его очень точно сформулировал академик Виталий Гинзбург (еще до того, как в 2003 году он стал лауреатом Нобелевской премии по физике):

…Роль случая, удачи может быть огромной. Для титанов типа Эйнштейна это не так, слишком большой «запас» и отрыв от других. Талант Максвелла, Бора, Планка, Паули, Ферми, Гейзенберга, Дирака тоже вряд ли сильно зависел от флуктуаций удачи, случайной мысли и т. п. Но другое дело, мне кажется, де Бройль, даже Шрёдингер, не говоря уже о многочисленных нобелевских лауреатах. Макс фон Лауэ был вполне квалифицированным физиком, но, как утверждают, мысль о дифракции рентгеновских лучей в кристаллах была «пивной идеей» (Bieridee). Брегги, Рентген, Зееман, Штарк, Ленард, Джозефсон, Пензиас и Вильсон, Хьюиш и Райль, Черенков, Басов и Прохоров — да три четверти всего списка — это в значительной мере удачи, а не «божественные» откровения. И это не обесценивает большинства работ и премий. Я хочу лишь подчеркнуть, что шансы на удачу зависят как от случая, так и от кучи факторов, среди которых и здоровье, и вовремя прочитанная статья или книга, и активность, и честолюбие (как стимул), и, вероятно, многое другое.

Понятно, что любые рейтинги ученых — дело не только очень сложное, но и чрезвычайно щекотливое. Вряд ли можно найти какой-то объективный критерий, который строго ранжировал бы, скажем, общую теорию относительности Эйнштейна, соотношение неопределенностей Гейзенберга и теорию цепных химических реакций Семенова. Как бы то ни было, исследования Гейма и Новоселова — простые, изящные, физически наглядные. Последнее немаловажно.

Наука вообще трудно визуализируемая область человеческой деятельности. В лучшем случае речь может идти о внешней атрибутике научной лаборатории, портретах ученых. Хотя, как это ни парадоксально, на протяжении всей своей истории Наука (с большой буквы) стремилась именно к тому, чтобы наглядно представить объекты и результаты своих исследований. Недаром эллины не различали понятий «видеть» и «знать». Поэтому неслучайно, что в сознание рядового, но любознательного гражданина глубже всего вошли научные понятия, которым был найден какой-либо образный эквивалент: яблоко Ньютона как иллюстрация закона всемирного тяготения; Луиджи Гальвани, заставляющий дергаться под воздействием электрических разрядов лягушачьи лапки; змея, кусающая себя за хвост, как образ бензольного кольца, открытого Кекуле; периодическая таблица химических элементов Менделеева; собаки академика Ивана Павлова; двойная спираль молекулы наследственности — ДНК, открытая Уотсоном и Криком; шотландская «овечка Долли» Иэна Уилмута как символ клонирования; астрофизическая «черная дыра» Стивена Хокинга…

Графен — из этой же серии примеров. Вот и российский историк химии Александр Смолеговский отмечает:

…Нанохимия не является новой наукой или новым разделом химии. Но она «принесла» новое мировоззрение — этап визуализации молекул. И хотя в принципе не наблюдается и новых соединений, факт получения известных веществ в новом состоянии не подлежит сомнению. Именно в этом отношении интересно открытие графена и понимание его структуры.

Кстати, еще до открытия графена Андре Гейм сумел создать в общественном сознании очень запоминающийся научный символ. И это была левитирующая, то есть парящая в воздухе без всяких механических приспособлений, лягушка. Знаменитое земноводное животное, внесшее выдающийся вклад в развитие естествознания (привет Луиджи Гальвани, а заодно и тургеневскому Базарову!), было подвешено Геймом в сильном магнитном поле — в миллион раз сильнее, чем естественное магнитное поле Земли. В 2000 году Андре Гейм и сэр Майкл Берри из Бристольского университета получили за это достижение так называемую Шнобелевскую премию — пародию на настоящую Нобелевскую награду. Шутки шутками, но ученые доказали, что всё — даже люди и уж точно лягушки — обладает магнитными свойствами. Правда, если у вас есть достаточно большой магнит…