# Брайан Грин и Норвежская академия наук объявили лауреатов Премии Кавли 2020 года

Источник: https://www.youtube.com/watch?v=E_DVSdjE-JY
Канал: World Science Festival
Опубликовано: 27.05.2020

---

Церемония объявления лауреатов Премии Кавли 2020 года, прошедшая в онлайн-формате из-за глобальной пандемии, объединила ведущих мировых учёных для признания выдающихся открытий в астрофизике, нанотехнологиях и нейробиологии. Ведущий Брайан Грин совместно с Норвежской академией наук и литературы представил семь исследователей, чья работа расширила понимание человеком космических масштабов, атомных структур и механизмов восприятия. Этот материал подробно рассказывает об их революционных достижениях, личных историях преодоления и взгляде на будущее мировой науки.

## 🌌 Премия Кавли: история, дух первооткрывательства и новые реалии
[[JUMP:01:59]]

Брайан Грин открыл церемонию, вспомнив свою первую встречу с основателем премии Фредом Кавли около 20 лет назад в Санта-Барбаре. Ведущего восхитили глубокое любопытство и великодушие норвежского предпринимателя. Это привело к многолетнему сотрудничеству между World Science Festival и Норвежской академией наук и литературы, начавшемуся с самого основания награды в 2008 году. 

Фред Кавли, родившийся в сельской Норвегии, с детства был заворожён устройством Вселенной и силой человеческого мозга. Переехав в Северную Америку для изучения науки и бизнеса, он основал компанию Kavlico в 1958 году. Он превратил её в одного из крупнейших поставщиков датчиков для аэрокосмической, автомобильной и промышленной отраслей. 

Однако его страсть к фундаментальным вопросам никогда не угасала. Это побудило его основать Фонд Кавли и учредить премии в трёх ключевых областях XXI века: астрофизике, нанонауке и нейробиологии — от самого большого до самого малого и самого сложного.

Организационная структура премии включает чёткие международные стандарты:

* Партнёры: Премия Кавли вручается совместно Фондом Кавли, Норвежской академией наук и литературы и Министерством образования и исследований Норвегии.
* Процесс номинации: Каждые два года академия принимает заявки от авторитетных научных организаций Китая, Франции, Германии, Великобритании и США. Международные комитеты экспертов собираются в Осло для оценки кандидатур.
* Награда: В каждой из трёх категорий лауреаты получают золотую медаль и денежный приз в размере 1 миллиона долларов.

Член отборочного комитета по астрофизике Андреа Гез подчеркнула, что эта награда накладывает на лауреатов огромную ответственность. Премия не просто чествует прошлые заслуги, но и обязывает учёных нести бремя популяризации науки, объясняя обществу новые возможности. 

Сьюзан Копперсмит, представлявшая комитет по нанотехнологиям, поделилась деталями кулуарной работы. Она отметила, что отбор сотен достойных кандидатов в Осло в декабре требует выработки сложного консенсуса, когда каждый член комитета глубоко вовлекается в защиту своих номинантов. 

Из-за пандемии COVID-19 традиционная пышная церемония в Осло с участием короля Норвегии была отложена, однако организаторы приняли решение провести объединённое чествование лауреатов 2020 и 2022 годов.

## 🔬 Нанотехнологии: преодоление 60-летнего барьера и скепсиса коллег
[[JUMP:17:02]]

Премия Кавли 2020 года в области нанонауки была присуждена Харальду Розе, Максимилиану Хайдеру, Кнуту Урбану и Андрею Криванеку за разработку методов сканирования с субангстремным разрешением и проведение химического анализа с помощью электронных пучков. Как отметил глава профильного комитета профессор Будин Хольст, главная цель нанотехнологий — создание материалов с атомной точностью. Размер одного атома составляет около одного ангстрема — стомиллионной части сантиметра. 

Традиционные оптические микроскопы ограничены длиной волны видимого света, которая в 5000 раз больше атома, из-за чего они не способны их зафиксировать. Изобретение электронного микроскопа в 1931 году с использованием коротких волн электронов должно было решить проблему. Однако более 60 лет физики сталкивались с теоретической и экспериментальной проблемой аберрации (искажения) линз, существенно ограничивающей разрешение.

Исследователи совершили прорыв благодаря упорству и компьютерным мощностям 1990-х годов:

* Харальд Розе разработал инновационный дизайн линз («корректор Розе»), позволивший теоретически компенсировать аберрации в просвечивающих электронных микроскопах.
* Максимилиан Хайдер успешно воплотил этот проект на практике, создав первый секступольный корректор.
* Кнут Урбан совместно с Хайдером реализовал концепцию в первом работающем просвечивающем электронном микроскопе с коррекцией аберраций.
* Андрей Криванек создал первый сканирующий просвечивающий электронный микроскоп (STEM) с субангстремным разрешением, идеально подходящий для пространственного химического анализа с помощью квадрупольно-октупольного корректора.

Чтобы наглядно объяснить масштаб субангстремного микромира, Харальд Розе привёл яркую аналогию: соотношение размеров обычного мяча для гольфа и планеты Земля точно такое же, как соотношение размеров атома и этого мяча для гольфа. 

По словам Андрея Криванека, их приборы позволяют не просто увидеть отдельный атом, но и направить на него электронный пучок. Это помогает определить тип химического элемента по спектру потерь энергии, а также узнать характер его связей с соседними атомами. Например, прибор четко фиксирует разницу в сигнале, если атом кремния связан с тремя или четырьмя соседями. 

Это имеет колоссальное практическое значение. В современной микроэлектронике используются полевые транзисторы (MOSFET). Если на границе металла и оксида всего один атом окажется не на своём месте, свойства транзистора будут разрушены, и условный iPhone перестанет работать.

Путь к триумфу был сопряжён с жестким сопротивлением академической среды. По воспоминаниям Андрея Криванека, когда он решил заняться коррекцией аберраций, профессора открыто говорили ему, что он хоронит свою карьеру и проект никогда не заработает. Криванек признался, что для игнорирования этих предупреждений требовалась здоровая доза уверенности в себе. Он шёл на риск, понимая, что в худшем случае потеряет два года, но его прошлые заслуги спасут его репутацию. 

Харальд Розе объяснил свой успех личным упрямством, о котором ему часто напоминает жена. Все вокруг уверяли Розе в неминуемом провале, но он понимал, что физических ограничений для его идеи нет. Существовал лишь временный недостаток инженерных технологий, которые нужно было просто дождаться. Три лауреата в итоге коммерциализировали свои разработки, основав две компании, а их микроскопы сегодня активно применяются в полупроводниковой, фармацевтической и автомобильной промышленностях.

## 🌌 Астрофизика: «музыка сфер» в рентгеновском диапазоне и защита научных бюджетов
[[JUMP:21:43]]

Единственным лауреатом Премии Кавли 2020 года по астрофизике стал Эндрю Фабиан, награждённый за новаторские исследования в области наблюдательной рентгеновской астрономии. Председатель комитета Виго Хансден пояснил, что рентгеновская астрономия открыла доступ к изучению самых горячих и энергетически насыщенных компонентов Вселенной. В современной космологии Вселенная рассматривается как живая экосистема, в которой потоки газа падают в галактики и на сверхмассивные чёрные дыры в их центрах, а последующий выброс энергии фундаментально влияет на эволюцию космических структур.

Профессор Фабиан стал ведущей фигурой в рентгеновской астрономии благодаря нескольким ключевым открытиям:

* Измерение спина чёрных дыр: На масштабах солнечной системы Фабиан предсказал и помог обнаружить высокоскоростное рентгеновское спектральное излучение вблизи чёрных дыр, что позволило разработать мощный метод измерения их вращения (спина).
* Нагрев межгалактического газа: На макромасштабах в миллионы световых лет Фабиан разгадал загадку механизмов нагрева и охлаждения межгалактического газа в скоплениях галактик.
* Диапазон масс: Объектами его исследований являются как черные дыры звёздной массы (от 5 до 25 масс Солнца), так и сверхмассивные чёрные дыры в активных галактиках и квазарах (от 1 миллиона до 10 миллиардов масс Солнца).

В интервью Брайану Грину Фабиан объяснил специфику рентгеновской астрономии: рентгеновские лучи — это разновидность света, частота которого в 1000 раз выше видимого. Обычный человек видит ночное небо в оптическом диапазоне, но рентгеновский телескоп фиксирует объекты, которые в 1000 раз горячее — с температурами от миллионов до миллиардов градусов. Это позволяет изучать «мёртвые» или экстремальные объекты: чёрные дыры, нейтронные звёзды, белые карлики и гигантские облака горячего газа.

Одним из самых поэтичных открытий Фабиана стало обнаружение звуковых волн в космосе. Хотя космос принято считать безмолвным вакуумом, Фабиан обнаружил, что в разреженном межгалактическом газе распространяются волны давления, несущие огромную энергию. По его словам, это сверхнизкочастотные звуковые волны, находящиеся далеко за пределами человеческого слуха. Если наше ухо воспринимает сотни колебаний в секунду, то в космических масштабах один цикл длится 10 миллионов лет. 

> «Это настоящая музыка сфер, но чтобы услышать её целиком, нужно запастись колоссальным терпением», — пошутил Фабиан.

Отвечая на острый вопрос Брайана Грина о том, зачем тратить ресурсы на эзотерическое изучение чёрных дыр на фоне мировых проблем (бедность, кризис беженцев, пандемии), Фабиан выдвинул весомый аргумент: астрономия — лучший способ увлечь наукой детей и студентов. По мнению Фабиана, пандемия COVID-19 наглядно продемонстрировала катастрофические последствия ситуации, когда у власти оказываются люди, не понимающие науку. Астрономия служит триггером для популяризации научного метода мышления в обществе. Молодым исследователям Фабиан посоветовал прежде всего получить фундаментальную подготовку по физике и математике.

## 🧠 Нейробиология: как специи и давление раскрыли тайны осязания
[[JUMP:24:35]]

Лауреатами премии в области нейробиологии стали Дэвид Джулиус и Ардем Патапутян за их революционное открытие рецепторов температуры и давления. Профессор Кристина Биатер Вальхольм подчеркнула, что механизмы, с помощью которых нервная система фиксирует тепло, холод и физическое прикосновение, долгое время оставались загадкой для науки.

Дэвид Джулиус применил оригинальную методологию, использовав природные специи для изучения механизмов боли и тепла. Он выделил рецептор TRPV1 — ионный канал на поверхности клеток, который открывается при воздействии капсаицина (жгучего вещества в перце чили) и при температурах, соответствующих диапазону от теплого до горячего. Учёный доказал, что TRPV1 активируется при повреждении тканей и воспалении, интегрируя температурные сигналы и болевые маркеры. 

Используя ментол и мяту, Джулиус совместно с Патапутяном позже идентифицировал TRP-каналы, реагирующие на холод. Дополнительно было обнаружено, что мутации в этих каналах вызывают семейные болевые синдромы и служат мишенями для токсинов скорпионов и пауков.

Ардем Патапутян разгадал загадку осязания, обнаружив чувствительные к давлению механические сенсоры — белки Piezo1 и Piezo2. Исследователь доказал, что эти белки отвечают за осязание кожи и проприоцепцию — чувство осознания положения своего тела в пространстве. При дефиците белка Piezo II у мышей и людей наблюдается тяжелая потеря координации движений. Патапутян также выявил роль пьезо-белков во внутреннем восприятии (интероцепции), например, при контроле давления в легких и кровеносных сосудах.

Ардем Патапутян объяснил физико-химическую суть открытия: осязание переводит механическую силу в электрический или химический язык, понятный клеткам. Если механизмы взаимодействия гормонов и нейромедиаторов были хорошо изучены, то восприятие физической силы оставалось белым пятном. По словам Патапутяна, понимание биологии прикосновений в будущем может соединиться с инженерией для создания продвинутых тактильных систем в виртуальной реальности и видеоиграх.

Дэвид Джулиус отметил, что их работа находится на стыке антропологии, химии и нейробиологии. Изучение периферической нервной системы критически важно для медицины. По мнению Патапутяна, современные анальгетики не всегда справляются с нейропатической болью, а применение опиоидов вызвало тяжелейшую эпидемию зависимости. Таргетирование рецепторов TRP и Piezo на периферии позволяет блокировать хроническую боль, избегая опасного воздействия на головной мозг и риска привыкания.

Оба нейробиолога откровенно рассказали о периодах глубоких сомнений на профессиональном пути:

* Дэвид Джулиус напомнил студентам, что наука состоит из долгих долин неудач и редких пиков успеха, и нужно развивать терпение.
* Ардем Патапутян признался, что во время постдокторантуры испытывал серьезный кризис: он работал на износ, не получал интересных данных и почти не зарабатывал денег. 

Патапутян всерьёз думал об уходе в консалтинг, но сейчас невероятно счастлив, что остался. По его мнению, работа профессора — лучшая в мире, так как она позволяет разгадывать тайны Вселенной вместе с талантливыми молодыми исследователями.

## 📈 Эффект признания: как научные премии меняют траектории исследований
[[JUMP:07:38]]

В специальном блоке воспоминаний прошлые лауреаты подтвердили, что Премия Кавли радикально меняет жизнь учёных и открывает закрытые до этого двери. Карла Шатц (лауреат 2016 года в области нейробиологии) рассказала, что её наградили за открытие того, как мозг ребенка тренирует сам себя ещё до рождения. По словам Шатц, высокая награда дала её лаборатории смелость и уверенность переключиться на абсолютно новую для них сферу — изучение старения мозга и болезни Альцгеймера.

Эвиенн ван Дейк (лауреат 2018 года по астрофизике, отмеченная за работы по молекулярной астрофизике и формированию звёзд) отметила, что премия сработала как мощный магнит для привлечения самых ярких молодых студентов со всего мира. По её мнению, именно талантливая молодёжь становится главным мотором любых последующих научных изысканий. 

Лауреат 2018 года по развитию технологии CRISPR-Cas9 подчеркнула, что признание открыло двери для новых направлений, включая экстренную разработку стратегий экспресс-тестирования на коронавирус в разгар пандемии. Премия Кавли, таким образом, катализирует прикладную науку, помогая отвечать на самые острые вызовы современности.