Нобелевские премии по химии и физике 2025

Наряду с медициной Нобелевские премии по химии и физике относятся к числу самых престижных в научном мире. В 2025 году премию по химии присудили за разработку новых металлорганических соединений. Ее получили Сусуму Китагава (Япония), Ричард Робсон (Великобритания), Омар. М. Яги (Иордания).

Премия по химии

Председатель Нобелевского комитета по химии Хайнер Линке сказал: «Металлорганические каркасы имеют огромный потенциал, открывая невиданные ранее возможности для создания материалов с новыми функциями на заказ».

Особый интерес представляет история этого открытия, история энтузиазма и стойкости трех удивительных людей. Р. Робсон начал создавать металлорганические соединения параллельно с основной преподавательской работой в Мельбурнском университете. Ему удалось создать каркасы из ионов меди и молекул углеводородов, внутри которых образовалось много пустых пространств, которые можно было чем-нибудь заполнить, а при необходимости опорожнить. К сожалению, его разработки были хрупкими и нестойкими, поэтому никого из инвесторов не заинтересовали. Сусуму Китагава также начал заниматься металлорганическими каркасами, не думая об их конкретной практической пользе,тем более что уже существовали такие пористые впитывающие материалы, как цеолиты, а также такой дешевый сорбент, как активированный уголь. Как известно, японские промышленные корпорации редко финансируют научные разработки, которые не обеспечивают прибыли в обозримом будущем. Тем не менее Китагава упорно продолжал экспериментировать и получил не только более стабильные металлорганические каркасы, которые можно было заполнить метаном и другими газами, но и гибкие конструкции, которые можно было использовать в строительстве.

Однако наибольшего успеха в этой области добился Омар М. Яги, который проводил свои исследования в Университете штата Аризона. Он создал материал MOF-5, который представляет собой прочную стабильную структуру, выдерживающую нагревание до 300 градусов Цельсия. Но главное его достоинство заключается в огромной поглощающей способности. В частности, он может адсорбировать и выделять огромные объемы метана, что можно использовать в транспортных средствах, работающих на природном газе.
На основе идей и технологий Омара Яги созданы материалы, которые могут улавливать водяной пар в ночной пустыне, а днем высвобождать питьевую воду; структуры, избирательно поглощающие вредные вещества из воды, а также адсорбирующие огромные количества водорода или углекислого газа. Омар Яги – яркий пример человека, который сам себя сделал. Он родился в семье палестинских беженцев в Аммане. В 16 лет поехал в США, где поступил в колледж, а позднее в 1985 году окончил Университет штата Нью Йорк в Олбани. В настоящее время он является одним из пяти наиболее известных и часто цитируемых в мире ученых-химиков.

Многие считают, что металлорганические каркасы станут материалом XXI века. Однако в настоящее время нет условий для их широкого применения в промышленности ввиду сравнительной дороговизны и недостаточной прочности.

Премия по физике

Премия по физике была присуждена за открытие макроскопического квантово-механического туннелирования и квантования энергии в электрической цепи. Как говорится в пресс-релизе Нобелевского комитета, один из основных вопросов физики – это максимальный размер системы, в котором могут проявляться квантово-механические эффекты. Лауреаты Нобелевской премии этого года провели эксперименты с электрической цепью, в которых продемонстрировали как квантово-механический туннельный эффект, так и квантованные уровни энергии в системе, достаточно большой, чтобы ее можно было взять в руки. Попробую объяснить эту информацию более простыми словами.
Открытие объясняет некоторые свойства невидимого для нас мира энергетически заряженных микрочастиц – квантов. Квант – это неделимая минимальная порция физической величины, например, фотон – квант электромагнитной энергии/света; электрон – квант энергии.

Премию получили Джон Кларк (Великобритания), Джон М. Мартинис (США), Мишель Х. Деворе (Франция). Все они являются профессорами американских университетов. В 1984-85 годах эти исследователи провели серию экспериментов с электронной схемой, построенной из сверхпроводников – компонентов, которые могут проводить ток без электрического сопротивления. В их схеме сверхпроводящие компоненты были разделены слоем непроводящего изолирующего материала. Эта система находилась в состоянии нулевого напряжения, выйти из которого было невозможно, так как преодолеть стену из изолирующего материала материальные частицы не могут. Но поскольку квант является одновременно и частицей, и волной, то отдельным квантам удается проскочить через непреодолимое препятствие.

Это можно сравнить с микроскопическими изменениями в обычном мяче, которым постоянно ударяют об стенку. При этом некоторым микрочастицам мяча иногда удается просочиться через барьер своего микроскопического мира и появиться на другой его стороне.

Более того, в экспериментально созданной системе получалась целая цепь из заряженных квантов, которые в сверхпроводнике вели себя согласованно, как если бы они были одной частицей, заполняющей всю цепь. Этот эффект называется туннелированием. Изменение состояния системы обнаруживалось при появлении напряжения. Лауреаты также показали, что система подчиняется законам квантовой механики и может поглощать или излучать определенное количество (кванты) энергии порционно.
Председатель Нобелевского комитета по физике Олле Эриксон сказал: «Замечательно, что квантовая механика, которой уже сто лет, продолжает преподносить сюрпризы. Кроме того, она чрезвычайно полезна, поскольку является основой для всех цифровых технологий».

Практическое применение данного открытия в основном связано с квантовыми компьютерами. Профессор Мартинис проводил эксперимент с данной схемой, моделирующей работу квантового компьютера, используя в качестве информационной единицы квантовый бит-кубит. Обычный бит может быть только в двух состояниях – 0 и 1. Квантовый бит может быть в состоянии 1 и 0, а также одновременно в двух состояниях благодаря квантовой суперпозиции. Эта способность позволяет квантовым компьютерам производить вычисления значительно быстрее, чем обычным. Например, решать некоторые задачи в сотни миллионов раз быстрее обычного суперкомпьютера.

Данное открытие может применяться также для создания сверхчувствительных квантовых датчиков, улавливающих мельчайшие количества каких-либо веществ в окружающей среде.
Достижения нынешних Нобелевских лауреатов достойны большого уважения и демонстрируют огромную пользу международного сотрудничества ученых. Они нацелены в будущее и при этом соответствуют принципу, который исповедовал сам основоположник премии А. Нобель: «Наука должна приносить конкретную пользу человечеству».

Ирина КИМ