Текст книги "100 великих нобелевских лауреатов"

ПОЛ ФЛОРИ
(1910—1985)

Экспериментальные открытия Флори, теоретические обобщения и предвидения, изложенные в известных монографиях «Статистическая механика цепных молекул» (1953) и «Принципы полимерной химии» (1963), внесли значительный вклад почти во все области полимерной науки и во многом определили основные направления ее развития.

Пол Джон Флори родился 19 июня 1910 года в Стерлинге, маленьком городке штата Иллинойс. Отец, Эзра Флори, был священником-педагогом, а мать, Марта (в девичестве Брумбау) Флори, – учительницей. Среднее образование мальчик получил в местной школе в Элгине. Но ее окончании в 1927 году Пол поступил в Манчестерский колледж, расположенный в Северном Манчестере (штат Индиана). Возникший интерес у Флори поддерживал один из профессоров, К.В. Холл. В 1931 году Пол получил степень бакалавра и начал работать в Университете штата Огайо. Здесь он позднее получил степень магистра по органической химии.

Но он отошел от «химии поваренной книги» (выражение из романа С. Льюиса «Эроусмит») и переключился на физическую химию. Диссертация Флори посвящена фотохимическим процессам в окислах азота, имевшим прикладной характер (окислы азота являются компонентами смога). Успешно защитив диссертацию в Университете штата Огайо, в 1934 году он получил докторскую степень.

Новым местом работы Флори стала фирма «Дюпон де Немур» в Уилмингтоне (штат Делавэр). Молодой ученый вошел в состав ведущей группы исследователей, которой руководит У.Х. Карозерс. В то время группа Карозерса, будущего создателя нейлона, занималась синтезом полимеров, размеры молекул которых были значительно больше, чем те, с какими обычно имели дело химики. Системная программа Карозерса по синтезу полимеров сделала фирму «Дюпон» лидером в области изучения органической химии полимеров, но он понимал, что огромную работу еще предстоит проделать над полимерами, используя инструментарий физической химии. Эту задачу выпало решать Флори. В процессе своей работы он особенно интересовался скоростью реакции полимеризации.

Для решения этой сложной задачи Флори постулировал принцип, согласно которому реакционная способность взаимодействующих функциональных групп не зависит от длины цепи, с которой эти группы связаны (принцип Флори). При описании кинетики поликонденсации такое упрощение позволило значительно сократить число одновременно решаемых кинетических уравнений и дать простое математическое выражение для степени полимеризации и молекулярно-весового распределения образующегося полимера (распределение Флори). Позднее было показано, что найденное распределение справедливо также для радикальной полимеризации.

В 1936 году Флори женился на Эмилии Катерине Табор. Позднее у них родились две дочери и сын.

В 1937 году ученый впервые обнаружил элементарный акт передачи цепи при радикальной полимеризации, приводящий к переносу активного центра от растущей макромолекулы на другую частицу. В результате этого уменьшалось молекулярно-весовое распределение, а также могли возникнуть разветвления в макромолекулах.

В том же году произошла трагедия – Карозерс покончил с собой. Через год Флори покинул фирму «Дюпон». Он принял предложение стать адъюнкт-профессором исследовательской лаборатории фундаментальных наук при Цинциннатском университете (штат Огайо). Здесь Флори развил теорию, объяснившую закономерность образования разветвлений в некоторых полимерах, приводящих к появлению сетчатой структуры. Такая сетчатая структура характерна для эластичных полимеров.

В сентябре 1940 года Флори перешел в качестве старшего химика в фирму «Эссо лэборатрис» в Линдене (штат Нью-Джерси), созданную при «Стандард ойл девелопмент компани». Он работает над проблемой получения искусственного каучука. Для улучшения бутилового каучука (новый синтетический каучук, получаемый из газов – продуктов переработки нефти) он начал исследования в области собственных давних интересов – эластичности каучука.

В 1941—1942 годах Флори и М.Л. Хаггинс выдвинули теорию растворов полимеров на основе квазикристаллической модели раствора. Эта теория позволила рассчитать энтропию смешения полимера с растворителем. Кроме того, Флори показал, что для каждого разбавленного раствора полимера существует такая температура, при которой он ведет себя как идеальный раствор. Однако эта теория обладала существенными ограничениями, поскольку не учитывала молекулярного веса полимера и степени развернутости его цепей.

В последующих работах, опубликованных в пятидесятые годы, Флори и его сотрудники учли гидродинамическое поведение растворов полимеров, впервые указав на необходимость учета «эффекта исключенного объема» при разработке термодинамики разбавленных растворов. Флори назвал температуру, при которой раствор становится идеальным (тэта-точкой). В настоящее время известная как температура Флори, она является фундаментальным параметром при определении формы макромолекул.

Однако в годы войны возможности для проведения фундаментальных исследований на базе «Стандард ойл» были ограничены. Когда фирма «Гудеар тайр энд раббер» пригласила его возглавить небольшую группу для выполнения фундаментальных исследований, Флори воспользовался благоприятной возможностью и в октябре 1943 года переехал в Акрон (штат Огайо).

Работа в «Гудеаре» создала Флори всемирную известность, и весной 1948 года его пригласили на должность декана химического факультета Корнеллского университета, в Итаку (штат Нью-Йорк). Можно сказать, что его прекрасные лекции заложили основу создания относительно молодой дисциплины, какой являлась химия полимеров. Это позволило Флори стать профессором химии Корнеллского университета.

В течение пяти лет работы в «Гудеаре» и за время работы в Корнеллском университете Флори сделал много фундаментальных открытий в области химии полимеров.

В эти годы Флори опубликовал ряд статей, посвященных количественному описанию кинетики трехмерной поликонденсации и молекулярно-весового распределения в полифункциональных системах, характеризующихся образованием разветвленных полимеров с последующим превращением в трехмерную молекулярную сетку, пронизывающую весь объем. Момент, при котором такая система внезапно теряет текучесть и из вязкой жидкости превращается в неплавкий и нерастворимый продукт (трехмерную сетку), называют точкой гелеобразования. В своих статьях Флори дал математическое описание условий нахождения точки гелеобразования.

В серии работ по набуханию нерастворимых полимеров в низкомолекулярных жидкостях Флори предложил метод, позволяющий на основании данных по набуханию получить информацию о строении макромолекулярных сеток и термодинамические параметры взаимодействия полимера с низкомолекулярной жидкостью.

Флори и его сотрудники вскрыли взаимосвязь между термодинамическими параметрами и гидродинамическими свойствами растворов полимеров и характеристиками растворенных макромолекул: их химической природой, конфигурацией и жесткостью цепей взаимодействия.

Работы Флори позволили определять строение и свойства макромолекул путем таких исследований, как измерение вязкости, скорости седиментации или диффузии. Флори впервые провел измерение вязкости расплавов полимеров и показал ее зависимость от молекулярного веса, молекулярно-весового распределения, степени разветвленности макромолекул и температуры.

Другой областью исследований ученого стали жидкие кристаллы. В 1956 году Флори опубликовал свою первую работу в этой области и сохранял интерес к жидким кристаллам до конца своей жизни.

В том же 1956 году Флори стал заместителем директора по науке в Меллонском институте прикладных исследований в Питсбурге (штат Пенсильвания). Однако административная деятельность показалась Флори скучной. Окончательно убедившись, что правление института не желает разрывать связи с промышленностью и заниматься фундаментальными исследованиями, он в 1961 году перешел на должность профессора в Стэнфордский университет в Калифорнии.

Исследования, выполненные под руководством Флори в шестидесятых годах, внесли значительный вклад в статистическую механику макромолекул – теоретическую основу современной физики полимеров.

В 1974 году Флори получил Нобелевскую премию по химии «за фундаментальные достижения в области теории и практики физической химии макромолекул». В нобелевской лекции Флори отметил, что один из компонентов взрывчатых веществ, разработанных Альфредом Нобелем, – нитроцеллюлоза – является макромолекулой. Он добавил: «Приобретение знаний об этом предмете (макромолекуле) должно рассматриваться как необходимое условие для понимания взаимосвязей между химическим строением и теми свойствами, которые делают полимеры активными в отношении живых организмов и необходимыми людям».

Флори использовал славу Нобелевского лауреата для пропаганды двух идей: прав человека и просвещения в области полимеров. Он пытался помочь преследуемым ученым, в частности, Сахарову. Флори даже предложил себя в качестве заложника Советскому правительству, с тем, чтобы Е. Боннэр, жене Сахарова, разрешили поездку на Запад для лечения.

После получения премии, Флори ушел из Стэнфордского университета, но оставался активным исследователем. Будучи еще с 1968 года консультантом ИБМ, он после 1977 года проводил два дня в неделю в отделении полимерной науки и технологии этой фирмы в Сан-Хосе.

Новая методика нейтронного рассеивания обеспечила прямое подтверждение точки зрения Флори, развитой им в предыдущие годы и заключавшейся в том, что конфигурация полимеров неупорядочена в аморфном состоянии.

В последние годы Флори стремился распространить принципы, первоначально разработанные для простейших синтетических макромолекул, на молекулы биополимеров. Эти работы могут иметь большое значение для биоорганической химии и молекулярной биологии.

Флори вел здоровый образ жизни, увлекаясь плаванием и гольфом. Ему удалось оставаться физически активным до конца своей жизни. 9 сентября 1985 года ученый умер от сердечного приступа во время работы в своем загородном доме в Биг-Су (штат Калифорния).

ИЛЬЯ ПРИГОЖИН
(1917—2003)

В одной из своих работ Пригожин писал: «Главное – не сила, а архитектура воздействия на сложную систему. Малые, но правильно организованные воздействия обладают необычной эффективностью. А сильные, но неправильные, «лобовые» усилия не дают желаемых результатов и даже наносят вред, если противоречат собственным тенденциям развития системы».

Илья Романович Пригожин родился 25 января 1917 года в Москве. Он был вторым сыном в семье инженера-химика Романа Пригожина и музыкантши Юлии (Вишман) Пригожиной. Благодаря стараниям матери Илья с детства играл на пианино. Ноты, как она позднее вспоминала, он научился читать раньше, чем слова.

В 1921 году семья Пригожиных эмигрировала из России. Сначала они жили в Литве и Германии, а с 1929 года поселились в Бельгии. Годы переездов, по словам Пригожина, породили у него «острую восприимчивость к переменам»: «Начав изучать физику и химию, я был поражен тем, что исчез фактор времени». Пригожин интересовался историей и философией. Будущее же свое он связывал с профессией концертирующего пианиста.

Начальное и среднее образование Пригожин получил в школах Берлина и Брюсселя, а затем изучал химию в Свободном университете в Брюсселе, где его особенно привлекала термодинамика – наука, связанная с тепловой и другими формами энергии. Став здесь же в 1943 году бакалавром естественных наук, Пригожин написал диссертацию о значении времени и превращении в термодинамических системах, за которую два года спустя был удостоен докторской степени. В 1947 году он был назначен профессором физической химии в Свободном университете.

Как пишет Ю.А. Данилов: «Обостренный интерес к проблеме однонаправленности («стрелы») времени приводит Пригожина к новой интерпретации необратимости. Согласно традиционным представлениям, необратимость возникает не на фундаментальном уровне (где все элементарные процессы описываются обратимыми уравнениями Ньютона), а позднее – при усреднениях или учете краевых и начальных условий. По мнению Пригожина, необратимость возникает на фундаментальном уровне вследствие конечной разрешающей способности прибора, с помощью которого производится наблюдение. Ни человеческий глаз, ни самый точный прибор не могут видеть траекторию – геометрическую линию «без толщины», а различают лишь более или менее тонкие трубки. Все же, что находится внутри таких трубок, становится неразличимым, что и порождает необратимость».

Наибольшую известность принесли ученому работы по феноменологической теории необратимых процессов, Пригожин является одним из основателей современной термодинамики неравновесных процессов.

Хотя основы термодинамики линейных необратимых процессов были заложены исследованиями Л. Онзагера, именно работы Пригожина дали толчок быстрому развитию этого раздела термодинамики, в результате чего термодинамика линейных необратимых процессов к настоящему времени стала столь же завершенной наукой, как и классическая термодинамика. Существенный вклад внес Пригожин и в термодинамику нелинейных необратимых процессов, т е. в термодинамику систем, далеких от равновесия.

В работах Пригожина предложена оригинальная, так называемая локальная, формулировка второго начала термодинамики и использован в качестве базы для построения термодинамики неравновесных процессов принцип локального равновесия. Этот принцип сводится к утверждению, что в каждом малом элементе объема в целом неравновесной системы существует состояние локального равновесия, причем локальная энтропия является такой же функцией локальных макроскопических переменных, как и в равновесной системе. Этим самым сразу решается сложный вопрос об энтропии неравновесных состояний и возможность использования уравнения Гиббса для описания неравновесных систем.

Важную роль в построении термодинамики линейных необратимых процессов сыграла теорема, известная в литературе под названием теоремы Пригожина. Согласно этой теореме, в стационарном состоянии при фиксированных внешних параметрах скорость продукции энтропии (новое понятие, введенное в термодинамику ученым) в термодинамической системе минимальна. Это положение для закрытых систем было доказано еще Л. Онзагером. Однако именно Пригожин четко показал, что из этой теоремы вытекает совершенно иной критерий эволюции, чем критерий эволюции классической термодинамики, т е. производство энтропии для необратимых процессов в открытой системе стремится к минимуму (критерий Пригожина).

Критерий эволюции классической термодинамики состоит в том, что энтропия для необратимых процессов в изолированной системе стремится к максимальной величине (критерий Клаузиуса). Теорема Пригожина разрешила важнейший для термодинамики линейных необратимых процессов вопрос о точной характеристике стационарного состояния открытой системы, что резко расширило область применения этого раздела термодинамики.

Как показал Пригожин, теорема о минимуме производства энтропии справедлива только в линейной области и может не выполняться для систем, далеких от равновесия. Поэтому для таких систем требуется новый критерий эволюции, который и был предложен Пригожиным и П. Глансдорфом.

Критерий Глансдорфа—Пригожина для нелинейной термодинамики был, по существу, первой попыткой построения критерия эволюции для систем, далеких от равновесия. В связи с этим возник и подробно разбирается в работах Пригожина вопрос об устойчивости неравновесных состояний систем, далеких от равновесия.

Изучение вопроса об устойчивости привело Пригожина к одному из самых значительных его открытий – к открытию диссипативных структур. В природе существуют два вида структур: равновесные и диссипативные. Равновесные структуры (например, кристаллы) образуются в ходе обратимых превращений, происходящих в системах, близких к равновесию.

Диссипативные структуры возникают в системах, далеких от равновесия, они существуют только благодаря обмену энергии и вещества с внешней средой и стабильны только до тех пор, пока связаны соответствующими потоками с окружающей средой.

Считая, что неравновесность может служить источником организации и порядка, Пригожин представил диссипативные структуры в терминах математической модели с зависимыми от времени нелинейными функциями, которые описывают способность систем обмениваться материей и энергией с внешней средой и спонтанно себя рестабилизировать. Ставший теперь классическим пример диссипативной структуры в физической химии известен как нестабильность Бенарда. Такая структура возникает, когда слои легкоподвижной жидкой среды подогреваются снизу. При достаточно высоких температурных градиентах тепло передается через эту среду, как обычно, и большое число молекул в жидкости образуют специфические геометрические формы, напоминающие живые клетки.

Скоро стало очевидно, что человеческое общество так же, как и биологическая среда, являет собой пример диссипативных и недиссипативных структур. В 1952 году английский математик А.М. Тьюринг первым предположил, что термодинамические нестабильности типа тех, какие были выдвинуты Пригожиным и его коллегами, характерны для самоорганизующихся систем. В шестидесятые и семидесятые годы Пригожин развил созданную им теорию диссипативных структур и описал образование и развитие эмбрионов. Критические точки раздвоения в его математической модели соотносятся с точкой, в которой биологическая система в хаосе становится последовательной и стабилизированной. Пригожин предположил, что его теории и математические модели систем, которые зависят от времени, могут быть применимы к эволюционным и социальным схемам.

В 1961 году Пригожин женился на Марине Прокопович. У них родились два сына. В 1962 году он стал директором Сольвеевского международного института физики и химии в Брюсселе. В 1967 году ученого назначили директором Центра статистической механики и термодинамики Ильи Пригожина, который он основал при Техасском университете в Остине. С тех пор он работал одновременно и в Брюсселе и в Остине.

Пригожин награжден золотой медалью Сванте Аррениуса Шведской королевской академии наук (1969), медалью Баурка Британского химического общества (1972), медалью Котениуса Германской академии естествоиспытателей «Леопольдина» (1975) и медалью Румфорда Лондонского королевского общества (1976). Он стал членом Бельгийской королевской академии наук, Нью-йоркской академии наук, Румынской академии наук, Королевского научного общества в Упсале и Германской академии естествоиспытателей «Леопольдина».

В 1977 году Пригожину была присуждена Нобелевская премия по химии «за работы по термодинамике необратимых процессов, особенно за теорию диссипативных структур». «Исследования Пригожина в области термодинамики необратимых процессов коренным образом преобразовали и оживили эту науку», – сказал С. Классон в своей вступительной речи от имени Шведской королевской академии наук. Эта работа открыла для термодинамики «новые связи и создала теории, устраняющие разрывы между химическим, биологическим и социальным полями научных исследований… Исследования Пригожина отличают также элегантность и прозрачность, поэтому ученого заслуженно называют «поэтом термодинамики»».

Пригожин не только директор Института Сольве в Брюсселе и Центра в Остине, но и неформальный лидер этих небольших, но весьма эффективных научных коллективов, их главный генератор идей.

Круг научных интересов Пригожина очень широк. Им опубликовано около 300 научных работ по различным проблемам физической химии, термодинамики и биологии, получены существенные результаты в таких несхожих областях науки, как теория растворов и статистическая механика, теория биологической эволюции и теория движения автотранспорта.

Пригожин известен в среде своих коллег как обходительный человек и незаурядный ученый, диапазон интересов которого чрезвычайно широк. Он увлечен литературой и археологией, по сей день играет на пианино, очень любит слушать музыку.

P.S. Илья Пригожин ушел из жизни 28 мая 2003 года.

ПРЕМИЯ ПО ЭКОНОМИКЕ

ЯН ТИНБЕРГЕН
(1903—1994)

Ян Тинберген вместе с Рагнаром Фришем стал первым лауреатом Нобелевской премии по экономике, учрежденной в 1969 году.

Американский экономист Пол Сэмюэлсон дал такую характеристику Тинбергену: «Эта мягкая душа, испытывающая отвращение к власти, – поистине «святой гуманист». Помогая нам получить представление о том, как заставить работать смешанную экономику, Тинберген и Фриш сделали больше для сохранения свободы в мире, чем апологеты принципа laissez-faire[15]15
  Laissez-faire, принцип невмешательства (от франц. «позволить делать») – экономическая доктрина, согласно которой государственное вмешательство в экономику должно быть минимальным.


[Закрыть]».

Ян Тинберген родился в Гааге 12 апреля 1903 года в семье учителя. Он был старшим сыном из пятерых детей. Благополучно окончив школу, Ян поступил в Лейденский университет. Успешно пройдя все стадии обучения, Тинберген в университете защитил диссертацию «Проблемы минимума в физике и экономике». Ему была присвоена докторскую степень по физике.

Когда его призвали в армию, Тинберген отказался нести военную службу по убеждениям и был в конечном счете направлен в Бюро статистки голландского правительства.

В 1929 году Ян женился на дочери армейского офицера Тине де Вит. У них родились четыре дочери. К тому времени интерес Тинбергена полностью переключился с физики на экономику. Ученый начал прилагать математические формулы к изучению экономики и стал строить математические модели экономических процессов. В то время он был одним из немногих экономистов, соединявших воедино математику (статистика) и экономику. Практическая цель этого соединения состояла в том, чтобы предсказывать направление развития национальной экономики и выдавать правительству полезную для планирования информацию.

В тридцатые годы Тинберген совместно с несколькими статистиками и коллегами-экономистами (включая Р. Фриша) создал науку эконометрику, объединившую статистику и экономический анализ. Эти методы позволили экономистам заменить туманные концептуальные средства, которыми они пользовались раньше, конкретным статистическим инструментарием.

Используя статистический инструментарий, ученый построил работающую модель голландской экономики в форме сложной системы, которая включала 27 уравнений, описывающих те или иные процессы, с более чем 50 переменными. Под эгидой Лиги Наций Тинберген опубликовал в 1938 году книгу «Экономический цикл в Соединенных Штатах. 1919—1932», которая, возможно, является наиболее известным из его научных трудов. В этой книге, используя 48 уравнений, он сконструировал модель, показывающую взаимодействие между различными подразделениями американской экономики в период между окончанием Первой мировой войны и началом Великой депрессии.

В отличие от принципа акселерации, выдвинутого Фришем, согласно которому изменения в инвестициях и уровень доходов усиливают друг друга, Тинберген в качестве главного фактора, определяющего частные капиталовложения, назвал уровень прибыли и его изменения.

Джон Мейнард Кейнс в своей рецензии на книгу Тинбергена весьма критично отозвался о его эконометрических методах. Многие другие экономисты также не смогли оценить их важность. Однако в наше время этот труд получил всеобщее признание как основа теории развития экономического цикла новой отрасли – макроэкономики. «Фриш и я начали эту работу в 30-е гг., в период экономической депрессии, – отмечал впоследствии Тинберген. – Мы хотели разработать план преодоления причин депрессии и поставить безработицу под контроль». Многие из их учеников продолжили их труд и превратились в ведущие фигуры следующего поколения экономистов.

Будучи директором нидерландского Центрального бюро планирования в течение десяти лет, он сначала сконцентрировал свое внимание на проблемах восстановления страны после бедствий войны, а затем на осуществлении политики по проведению краткосрочных стабилизационных мер. Он применил количественный подход к исследованию политических проблем и привлек внимание к многоцелевым проблемам (к проблемам, возникающим при попытках добиться одновременно нескольких экономических целей). Он показал, что модель политики должна содержать, по крайней мере, столько же инструментов проведения этой политики (таких как, например, налоги, направленные на достижение этих целей), сколько намечается цепей, и объяснил, почему это нужно делать так, а не иначе.

В 1955 году Тинберген ушел с поста директора Центрального бюро планирования, чтобы посвятить себя изучению проблем развивающихся стран. В этой работе он применил тогдашнюю теорию роста в практических целях для разработки методов планирования и определения потребностей в капиталовложениях и необходимости в сбережениях. Примечательно, что его интересовало не теоретизирование, а практическое применение экономической науки.

В шестидесятые годы он выполнял функции консультанта при правительствах Индии, Турции, Ирака, а также во Всемирном банке, ООН.

В те же годы он разработал количественные модели планирования в области образования и оптимального размещения капиталовложений и производства по регионам в масштабе хозяйства страны.

Ученый внес заметный вклад в экономическое развитие стран «третьего мира». Его обычный подход – разработка в первую очередь крупных инвестиционных проектов и интегрирование их в национальную макроэкономику с применением метода «затраты—выпуск», а также теневых цен и цен мирового рынка.

Вручая в 1969 году только что установленную для экономических наук Нобелевскую премию «за создание и применение динамических моделей к анализу экономических процессов», Э. Лундберг, член Шведской королевской академии наук, сказал: «Произвольно перечисляемые причины циклических колебаний… и концентрация внимания на некоторых простых цепочках причинных связей уступили место благодаря работам Фриша и Тинбергена математической системе, которая раскрывает взаимные связи между экономическими переменными».

На протяжении всей своей жизни Тинберген придерживался гуманистических идеалов. Еще в молодости у него возник сильный, сохранившийся на долгие годы интерес к общественным проблемам. Сначала он поступил в социалистическую юношескую организацию, затем стал активным членом голландской социал-демократической рабочей партии. Этот идеализм позднее заставил его заняться изучением проблем правосудия и справедливости, создаваемых распределением власти и доходов, не только среди отдельных членов общества, но и среди целых наций. С его точки зрения, эти проблемы в высшей степени приоритетны для научных исследований и для разработки политики.

В начале семидесятых годов он внес в программу своих основных исследований теорию распределения личных доходов. Его книга «Распределение дохода: анализ и политика» была опубликована в 1975 году, в тот самый год, когда он ушел в отставку из Лейденского университета.

В Организации Объединенных Наций Тинберген оказал значительное влияние на Международную стратегию развития для Второго десятилетия развития (1971—1980). К его глубокому разочарованию, его предложения были приняты лишь с большими оговорками, зафиксировали их так, что из них выпали основополагающие положения о приверженности социальной справедливости.

Умер Тинберген в Гааге 9 июня 1994 года.