Нобелевские киловатты

Заложили основы

Вильгельм Рентген, Анри Беккерель, Пьер и Мария Кюри, Джозеф Томсон

Вильгельм РентгенАнри БеккерельПьер и Мария КюриДжозеф Томсон

Первым в истории лауреатом Нобелевской премии по физике стал немец Вильгельм Рентген, чью фамилию люди вот уже более века используют как название доступного и очень информативного метода медицинской диагностики. Рентген получил премию в 1901 году с формулировкой «В знак признания исключительных услуг, которые он оказал науке открытием замечательных лучей, названных впоследствии в его честь». Рентгеновские лучи засияли на научном небосклоне в 1895 году.

В 1896-м французский физик Анри Беккерель, вдохновленный результатами работ Рентгена, случайно (!) открыл явление радиоактивности во время исследования люминесценции в солях урана. Его соотечественники и современники, муж и жена Пьер и Мария Кюри, стремясь выяснить, не излучают ли другие соединения «лучи Беккереля», в 1898 году открыли два новых элемента – полоний и радий. Оба элемента оказались гораздо более радиоактивными, чем уран. В 1903 году Беккерель и супруги Кюри за свои работы по изучению радиоактивности, которые легли в основу атомной энергетики, были удостоены Нобелевской премии по физике.

Не менее знаковые события происходили в конце XIX – начале XX века и по ту сторону Ла-Манша. В 1897 году профессор Кембриджского университета Джозеф Томсон открыл электрон. Это стало результатом изучения катодных лучей – потока электронов, который двигался в вакуумной трубке. Новые частицы Томсон изначально называл корпускулами и только в XX веке переименовал в электроны. «Электрон» в переводе с древнегреческого означает «янтарь». По данным историков, еще знаменитый античный философ Фалес Милетский, живший в VII–VI вв. до н. э., описал замеченное ткачихами свойство янтаря: если потереть его о шерсть, он будет притягивать к себе некоторые легкие предметы. То есть Фалес Милетский описал то, что сегодня мы называем статическим электричеством.

Джозеф Томсон определил, что электроны входят в состав атома и впоследствии предложил первую атомную модель. В 1906 году великий ученый получил Нобелевскую премию «за исследования прохождения электричества через газы». А в 1937 году в роду Томсонов стало еще на одного нобелевского лауреата больше: сын Джозефа Джордж Томсон вместе с американцем Клинтоном Дэвиссоном получил премию по физике «за экспериментальное открытие дифракции электронов на кристаллах».

Проникли в суть атома

Густав Герц, Джеймс Франк

Густав ГерцГенрих Герц, знаменитый физик, дядя Густава Герца

Немецкий физик Густав Герц – уникальный ученый, иностранец, отмеченный и Нобелевской, и Сталинской премиями! Наверное, свою роль в появлении столь грандиозного научного таланта сыграли и гены: Густав – племянник другого знаменитого немецкого физика Генриха Герца, того самого, в честь которого названа единица изменения частоты (герц).

В 1912–1913 годах ассистент Университета Гумбольдта в Берлине Густав Герц вместе с доцентом этого же университета, немецко-американским физиком Джеймсом Франком разработал опыты по соударению электронов с атомом. Впоследствии эти опыты, получившие название «Эксперимент Франка – Герца», стали существенным подтверждением теории атома, предложенной Нильсом Бором, а также квантовой механики. В 1925 году Герц и Франк за свой эксперимент получили Нобелевскую премию по физике. Густав Герц в тот момент руководил лабораториями фабрики лампочек голландской компании Philips.

В самом конце Великой Отечественной войны, в апреле 1945 года, советские представители вывезли Герца и других немецких ученых, работавших над созданием атомной бомбы, в Сухуми. Там Герц возглавил исследовательскую лабораторию в рамках ядерной программы СССР. За свою работу в 1951 году Герц и был отмечен Сталинской премией 2-й степени. С 1954 года и до своей кончины в 1975-м Густав Герц был одним из руководителей атомной энергетики в ГДР.

Есть реактор!

Джеймс Чедвик, Фредерик и Ирен Жолио-Кюри, Энрико Ферми, Отто Ган

Чикагская поленница-1 - первый в мире успешно работавший искусственный ядерный реакторДжеймс ЧедвикФредерик и Ирен Жолио-КюриЭнрико ФермиОтто Ган

Английский физик Джеймс Чедвик считается первоооткрывателем нейтрона. Нейтроны наряду с протонами – главные компоненты атомного ядра, которое Чедвик изучал начиная с 1910-х годов. Де-факто первыми нейтрон открыли супруги Фредерик и Ирен Жолио-Кюри, зять и дочь Пьера и Марии Кюри, лауреаты Нобелевской премии по химии 1935 года «за выполненный синтез новых радиоактивных элементов». Однако французы не поняли результатов своих экспериментов с детектором, облученными бериллием и бором и пластинкой водородсодержащего вещества, то есть попросту не поняли, что открыли нейтрон. А вот Чедвик, используя в том числе данные Жолио-Кюри, в 1932 году сумел доказать существование нейтрона. За свое открытие в том же 1932 году он был удостоен медали Хьюза от Лондонского королевского общества, а в 1935-м – Нобелевской премии по физике.

В 1938 году итальянский, а впоследствии американский физик Энрико Ферми стал нобелевским лауреатом по физике за «доказательство существования новых радиоактивных элементов, полученных при облучении нейтронами, и связанное с этим открытие ядерных реакций, вызываемых медленными нейтронами». В декабре того же урожайного на важные события в ядерной физике 1938 года немецкие ученые Отто Ган и Фриц Штрассман открыли расщепление атомного ядра. В 1944 году Отто Ган получил Нобелевскую премию по химии «за открытие расщепления тяжелых ядер». А двумя годами ранее под руководством Энрико Ферми в Чикагском университете в США был построен и запущен первый в мире успешно работавший искусственный ядерный реактор – «Чикагская поленница-1», прозванная так за свой внешний вид. А самого Ферми называют отцом атомной энергетики.

Новый источник света

Жорес Алферов, Исаму Акасаки, Хироси Амано, Сюдзи Накамура

Жорес АлферовСегодня светодиоды используются в уличном, промышленном и бытовом освещении, различном оборудовании и гаджетахСегодня светодиоды используются в уличном, промышленном и бытовом освещении, различном оборудовании и гаджетах

Даже те, кто не знают, что такое светодиоды, сегодня повсеместно сталкиваются с ними в жизни. Светодиоды используются в уличном, промышленном и бытовом освещении, в подсветке жидкокристаллических экранов мобильных телефонов, компьютеров, телевизоров, в фарах и прожекторах, в пультах дистанционного управления, в светофорах и семафорах, в оптоволоконных линиях связи и много еще где. Они повсюду! Светодиоды – это полупроводники, создающие оптическое излучение при пропускании через них электрического тока. Первые светодиоды – красный, желтый, а затем и синий – были созданы в США в 1960–1970-х годах. В середине 1970-х в Ленинградском физико-техническом институте им. А. Ф. Иоффе группа ученых под руководством Жореса Алферова получила новые материалы – полупроводниковые гетероструктуры, в настоящее время применяемые для создания лазерных светодиодов. За это открытие Жорес Алферов в 2000 году получил Нобелевскую премию по физике.

Долгое время людям не удавалось выпускать синие светодиоды в промышленных масштабах. Эту проблему решили в начале 1990-х годов японские ученые Исаму Акасаки, Хироси Амано и Сюдзи Накамура. Они создали технологию производства синих светодиодов – дешевого, эффективного, долговечного, экологичного и безопасного источника света. Сочетание света синего, зеленого и красного светодиодов дает белый свет с высокой энергетической эффективностью, что и позволило в дальнейшем создать, среди прочего, светодиодные светильники и экраны со светодиодной подсветкой. За свою работу японцы были удостоены Нобелевской премии по физике в 2014 году.

Добро пожаловать в перезаряжаемый мир!

Джон Гуденаф, Стэнли Уиттингем, Акира Ёсино

Литий-ионные аккумуляторыДжон ГуденафСтэнли УиттингемАкира Ёсино

«Они создали перезаряжаемый мир и дали человечеству доступ к технической революции», – такими словами Нобелевский комитет в своем релизе оценил достижение лауретов премии по химии 2019 года. Ими стали американец Джон Гуденаф, британец Стэнли Уиттингем и японец Акира Ёсино. Ученые создали легковесные, перезаряжаемые литий-ионные аккумуляторы. Они включают в себя два типа электродов: катоды на алюминиевой фольге и аноды на медной, которые разделены пористым сепаратором, пропитанным, в свою очередь, электролитом. При зарядке ионы лития пермещаются от катода к аноду, а при разрядке происходит обратный процесс. Такие батареи вышли на рынок в 1991 году и сегодня используются повсеместно: в автомобилях, мобильных телефонах, медицинском оборудовании. Литий-ионные аккумуляторы весят менее одного килограмма, способны хранить энергию, полученную от возобновляемых источников, например, ветра, обеспечивают автономное питание различных приборов. Так что изобретение Гуденафа, Уиттингема и Ёсино действительно трудно переоценить.

Великие нелауреаты

Томас Эдисон, Никола Тесла

Томас ЭдисонНикола Тесла

Одно лишь перечисление всех изобретений Эдисона способно составить целую книгу: великий ученый получил 1 093 патента в США и около 3 тысяч патентов – в других странах. Столь же огромны заслуги Эдисона персонально перед энергетикой. В 1879 году он закончил работу над лампочкой накаливания с угольной нитью. Эдисон не был автором самой идеи лампы накаливания, но он создал практически осуществимую, широко распространившуюся систему электрического освещения с прочной нитью накала, с высоким и устойчивым вакуумом и возможностью одновременного использования множества ламп.

В 1884 году в компанию Эдисона Edison Machine Works в Нью-Йорке поступил на работу в качестве инженера по ремонту электродвигателей и генераторов постоянного тока серб Никола Тесла. Молодой гений предложил Эдисону массу перспективных идей, которые, увы, не заинтересовали мэтра. Эдисон предложил Тесле поработать над усовершенствованием системы на основе постоянного тока, пообещав в случае успеха солидную денежную премию. Тесла втайне продолжал заниматься собственным генератором переменного тока, который впоследствии запатентовал. Но и о задачах, поставленных руководством, конечно, не забывал. Однако, когда Тесла представил Эдисону результаты своей работы, то, по его словам, не получил ни цента: Эдисон заявил, что просто пошутил насчет денег. Оскорбленный серб тут же уволился.

Существует легенда, что в 1915 году Эдисон и Тесла были номинированы на Нобелевскую премию по физике: об этом сообщала пресса. Нобелевский комитет решил разделить премию между великими изобретателями. Узнав об этом, два непримиримых соперника в науке и бизнесе, испытывающие друг к другу личную неприязнь, синхронно отказались от премии. Однако никаких документальных подтверждений эта история не имеет.

Зато известно, что в 1937 году Тесла действительно был номинантом Нобелевской премии. Но… комитет провалил на выборах лауреатов его кандидатуру. Так одни из величайших изобретателей в истории энергетики Эдисон и Тесла остались без самой престижной научной награды.