Wsn061009

6 октября в Стокгольме было объявлено о присуждении Нобелевской премии по физике за 2009 год. Шведская королевская академия наук распределила ее следующим образом: одна половина досталась Чарлзу Као (Charles Kuen Kao) за выдающиеся достижения в области передачи света по стекловолоконным линиям оптической связи; вторую половину разделили Уиллард Бойл (Willard Sterling Boyle) и Джордж Смит (George Elwood Smith) за разработку светочувствительной полупроводниковой микросхемы - CCD-сенсора.

Блистательные пенсионеры

Все трое лауреатов уже давно на пенсии. Самому молодому из них - Чарлзу Као - 76 лет. Он родился в 1933 году в Китае, в Шанхае. В 1948 году семья перебралась в Гонконг, тогдашний британский протекторат. Као закончил Политехнический институт (ныне Гринвичский университет) в Великобритании по специальности "Электротехника", затем работал в компании Standard Telephones and Cables, а позднее возглавил ее научно-исследовательский центр Standard Telecommunications Laboratories в Харлоу, Англия. В 1965 году Као защитил докторскую диссертацию в Королевского колледже науки, техники и медицины, входящем в состав Лондонского университета. Годом позже он выполнил те самые работы, за которые теперь, 43 года спустя, удостоился Нобелевской премии. Позднее ученый занимал должность проректора Китайского университета в Гонконге, а также возглавлял ряд промышленных компаний. Он и сегодня руководит фирмой ITX Services. У Чарлза Као двойное гражданство - британское и китайское.

Американец Джордж Смит на три года старше Као. Он родился в 1930 году в США, в Уайт-Плейнз, штат Нью-Йорк, в 1955 году закончил Пенсильванский университет в Филадельфии, а в 1959 году защитил докторскую диссертацию в Чикагском университете. Сразу после защиты поступил в Лабораторию Белла - научно-исследовательский центр компании Bell Telephone в Мюррей-Хилл, штат Нью-Джерси, - где и проработал до самого выхода на пенсию в 1986 году. Там ученый занимался исследованиями в области полупроводниковой и лазерной техники и долгие годы возглавлял отдел микросхем сверхбольшой степени интеграции. Работы, удостоенные теперь Нобелевской премии, Смит выполнил в 1969 году совместно со своим коллегой Уиллардом Бойлом.

Уиллард Бойл - самый старший из тройки новоиспеченных нобелевских лауреатов: ему 85 лет. Он родился в 1924 году в Канаде, в Амхерсте (провинция Новая Шотландия). Во время Второй мировой войны служил во флоте, однако участия в активных боевых действиях не принимал. В 1948 году Бойл закончил университет Макгилла в Монреале, в 1950 году там же защитил докторскую диссертацию. После этого он год проработал в Канадской радиационной лаборатории, затем еще два года преподавал физику в Королевском военном колледже. В 1953 году Бойл поступил на работу в Лабораторию Белла, где принял участие в конструировании первого рубинового лазера с непрерывным режимом излучения. В 1962 году Бойл возглавил отдел космических исследований в компании Bellcomm - дочернем предприятии Лаборатории Белла - и активно участвовал в подготовке ряда программ НАСА, включая программу Apollo. Двумя годами позже Бойл вернулся в Лабораторию Белла, где и проработал до 1979 года, причем последние 4 года руководил всеми исследовательскими программами компании. После выхода на пенсию Бойл вернулся на родину, где до сих пор является членом ученого совета Канадского института перспективных исследований и совета по науке провинции Новая Шотландия. Он обладатель канадского и американского паспортов.

Сверхчистое стекловолокно

Тот факт, что работы, удостоенные теперь Нобелевской премии, были выполнены более четырех десятилетий назад, ни в коей мере не умаляет их значения. Напротив, именно в последние годы стало особенно очевидно, что именно эти открытия заложили основы того общества информационных технологий, в котором мы сегодня живем. Чарлз Као в 1966 году выполнил вычисления, из которых следовало, что стекловолокно способно передавать световые сигналы на расстояние свыше ста километров. Между тем, для существовавшего в то время стекловолокна этот предел не превышал 20 метров.

Као высказал предположение, что лимитирующим фактором являются не конструкция волокна, а несовершенства передающей среды, то есть, прежде всего, те примеси, которые при производстве стекла обычно добавляются к основному компоненту - кварцу, то есть двуокиси кремния. Всего через 4 года ученый представил мировой научной общественности первое волокно из высокочистого стекла. Это оптоволокно длиной в 1 километр побило все тогдашние рекорды дальности передачи светового сигнала.

С тех пор технология производства стекловолоконных световодов непрерывно совершенствуется. В 1988 году оптоволоконный кабель, соединяющий Европу с Америкой, был проложен по дну Атлантического океана, длина этого кабеля составила 6 тысяч километров. Сегодняшний мир просто невозможно представить себе без стекловолоконных кабелей, их суммарная длина превысила миллиард километров. Это и понятно, ведь стекловолокно имеет ряд важный преимуществ перед другими способами передачи информации: оно нечувствительно ни к молниям, как медные провода, ни к атмосферным помехам, как радиоволны. Да и качество современного волокна таково, что ослабление сигнала составляет лишь 5 процентов на километр. А ведь когда Као начинал свои исследования, он только мечтал о том, чтобы до конца километрового кабеля добрался хотя бы один процент исходного сигнала.

Электронный глаз

Не менее революционным является и второе открытие, удостоившееся сегодня самой престижной в научном мире награды. Это электронный глаз, светочувствительная полупроводниковая микросхема, так называемый CCD-сенсор. СCD - аббревиатура от английского Charge Coupled Device, то есть "прибор с зарядовой связью" (ПЗС). В 1969 году Бойл и Смит создали первое в мире миниатюрное полупроводниковое устройство, способное преобразовывать световой сигнал в электрический. В основе устройства - так называемый фотоэлектрический эффект, за разработку теории которого в 1921 году получил свою Нобелевскую премию по физике Альберт Эйнштейн.

Разработка Бойла и Смита в наши дни кардинально изменила фотографию, обусловила переход от аналоговой фотографии к цифровой, позволив регистрировать изображение не на светочувствительной пленке, а электронным способом. Сегодня ПЗС-матрицы являются ключевым компонентом любой цифровой фото- или видеокамеры. Однако еще более важную роль, чем в быту, открытие Бойла и Смита сыграло в медицине и науке: современные методы визуализации в диагностике и микрохирургии, снимки далеких космических объектов или объектов в морских глубинах были бы невозможны без работ ученых, награжденных сегодня Нобелевской премией по физике. Всех троих.

Автор: Владимир Фрадкин
Редактор: Ефим Шуман