Нобелевская премия по физике вручена за открытие топологических фазовых переходов, которые могут помочь в создании квантовых компьютеров. Премия по химии была награждена за дизайн молекулярных машин, которые могут привести к созданию регенерирующихся материалов.
В Стокгольме вручили Нобелевские премии по физике и химии. Ученые Дэвид Таулесс из Университета Вашингтона, Дункан Халдейн из Принстонского университета и Майкл Костерлиц из Университета Брауна разделили между собой премию по физике и денежное вознаграждение в 8 миллионов шведских крон (или почти 1 миллион долларов США).
Приз по химии тоже достался трем ученым сразу: Жан-Пьер Соважу из Страсбургского университета, Фрейзеру Стоддарту из Северозападного университета и Бернарду Феринга из Гронингенского университета.
Физика
Нобелевская премия по физике была вручена за «теоретические открытия топологических фазовых переходов и топологических фаз вещества».
Начнем по порядку.
Топология — раздел математики, который изучает непрерывность объектов. С точки зрения топологии шар и булочка одинаковы — они не имеют отверстий. Бублик, при этом, категорически отличается от шара или булочки — у него есть одна дырка.
Фазовые переходы в привычном понимании означают таяние льда или испарение воды: то есть, переходы вещества из одного состояния в другое. Топологические фазовые переходы — это, с точки зрения физики, переходы от одного свода свойств к другому.
С помощью топологического подхода этим трем ученым в 1970-х удалось описать явление сверхпроводимости (когда электрический ток свободно двигается внутри вещества) в двумерных материалах.
Они смогли объяснить, как некоторые вещества, не проводящие ток в нормальном состоянии, становятся сверхпроводниками на атомарном уровне. Грубо говоря, если нанести слой такого топологического изолятора толщиной в несколько атомов, то сопротивление вещества резко падает до нуля.
Как считают аналитики, эти теоретические наработки могут оказаться полезными и на практике. На сегодняшний день мощность процессоров повышается за счет уменьшения размеров транзисторов. Однако в этом подходе производители почти уперлись в потолок — транзисторы в современных процессорах практически размером с атом.
Топологические фазы вещества могут потенциально стать новым руслом, в котором будут развиваться производители процессоров. Применение этих феноменов может существенно помочь в создании квантовых компьютеров.
Химия
Премию по химии Нобелевский комитет наградил Жан-Пьера Соважа, Фрейзера Стоддарта и Бернарда Феринга за «дизайн и синтез молекулярных машин».
Трио ученых, получивших премию, независимо работало над технологиями, которые могут лечь в основу молекулярных машин.
В 1983 году Жан-Пьер Соваж разработал модель нехимической молекулярной связи — катенаны. Подавляющее большинство существующих молекул соединены между собой ковалентными связями, которые представляют из себя пересекающиеся электронные облака. Это строго химическая связь, которую сложно воспроизвести.
Соваж разработал механическую модель, в которой молекулы соединены как звенья цепи. Такое соединение относительно легко воспроизвести, и оно оставляет молекулам возможность двигаться.
В 1991 Фрейзер Стоддарт создал ротаксаны — еще один класс механических соединений, который объединяет молекулы. В 1999 году Бернард Феринга разработал первые молекулярные моторы. С их помощью он смог заставить молекулы двигаться в определенном порядке: у ученого даже получилось сдвинуть стеклянный цилиндр, который по размерам был в 10 тысяч раз больше самого мотора.
Несмотря на эти теоретические наработки, которые были получены почти два десятилетия назад, молекулярные машины еще не существуют. Однако их появление потенциально приведет к фундаментальным переменам в строительстве.
Создание полноценных молекулярных машин позволит искусственным материалам регенерироваться, то есть самостоятельно восстанавливаться. Как пишет The Guardian, «у нас будут пластиковые трубы, которые будут чинить сами себя, или мосты, которые за счет молекулярных машин смогут залатывать дыры и трещины».
Читать по теме:
– Нобелевскую премию по медицине присудили за исследование «клеточного каннибализма»
