Известный и неизвестный Михаил Каша

Мой рассказ - о человеке, который стал творцом величайших мировых достижений в науке, прожил долгую жизнь и в возрасте 92 лет обрел вечный покой 12 июня этого года. Это Михаил Каша, украинец, живший и работавший в США. Именно он в 1940-е годы, еще будучи аспирантом, открыл фундаментальный закон, связывающий два вида излучения - флуоресценцию и фосфоресценцию. Во все учебники физики вошло правило Каши, определяющее энергетику электронных переходов молекул. Это он объединил две квантово-механические теории экситонного и индуктивно-резонансного переноса энергии. Ему принадлежит открытие синглетного кислорода в химических и биохимических реакциях. И как позже оказалось, эта активная форма кислорода образуется и обезвреживается в каждой живой клетке. Уже потом ученые установили, что ее можно образовывать искусственно и использовать для обезвреживания раковых клеток. Именно Михаил Каша впервые объяснил, каким образом растения эффективно используют энергию солнца, и предложил простую модель этого процесса. Как оказалось, его механизм чрезвычайно сложен. Одни пигменты поглощают солнечную энергию и каскадом реакций передают другим, где и происходит разделение зарядов. Он был первым в изучении многих фотохимических систем, образующихся с переносом протона, и доказал существование их сoпряжения с перенoсом электронного заряда. Даже одного из этих открытий было бы достаточно, чтобы навеки войти в историю науки.

Кто же этот человек, основатель и соучредитель современной фотофизики и фотохимии, квантовой химии и электронной спектроскопии, чьи работы стали необходимыми для понимания фундаментальных основ жизни? Американец украинского происхождения, он был советником по науке президента США, почетным членом различных академий наук мира (включая НАН Украины). В его честь издавали специальные выпуски научных журналов и организовывали конференции, собирающие ученых со всего мира. Нобелевские лауреаты почитали за честь выступить на его семинарах. Мне выпало огромное счастье знать Михаила Кашу лично, дискутировать и сотрудничать с ним. Он был моим старшим другом и Учителем. Зная близко этого выдающегося человека, я испытываю потребность рассказать о нем то, о чем не пишут в научных журналах, и в какой-то мере раскрыть его феномен.

Назвать жизненный путь Михаила Каши простым и безоблачным отнюдь нельзя. Родился он 6 декабря 1920 г. в штате Нью-Джерси в семье украинских эмигрантов. Бедность и безземелье побуждали крестьян Карпатской Украины массово эмигрировать за океан. Среди них были и родители Михаила. Оказавшись в чужой среде без образования и знания языка, они держались вместе, старались сохранять вековые традиции. Начальное образование мальчик получил в школе при украинской церкви. Он был единственным из большой семьи, и, наверное, из всей украинской общины городка Элизабет, кому в то время удалось продолжить образование. Вспоминая своего отца Стефана, Михаил говорил: "Это был человек, понимавший о мире больше и знавший искусство и ремесло лучше, чем большинство людей, которых я знал в жизни". Cтефан, как и его односельчане, во времена Австро-Венгерской империи мог получить лишь начальное образование. Сами бедные и неграмотные, украинские эмигранты делали все, чтобы дать образование детям. Даже послать маленького Мишу в английскую среднюю школу требовало огромных усилий.

Но невероятно мощной была тяга Михаила к знаниям. Он рассказывал, как самостоятельно собрал простейший детекторный приемник и не пропускал ни одной радиопередачи о науке. Его немыслимую жажду знаний заметили учителя и убедили отца мальчика разрешить способному ученику продолжить учебу. Стефан согласился лишь при условии, что сын выучится на электрика - очень нужную в то время профессию, которая могла бы в какой-то мере гарантировать роботу. Михаил выполнил отцовское условие. Учтите, это были времена американской депрессии, и учиться, когда семья бедствует, было невероятно сложно.

Но мальчику улыбнулась судьба, ему предложили работать техником в лаборатории, принадлежавшей химической фирме "Мерк" и специализировавшейся на синтезе синтетических аналогов натуральных биологических веществ. Самая грязная лабораторная работа - готовить опыты и убирать после них. И тут произошел случай, после которого руководитель лаборатории и весь ее коллектив прониклись уважением к Михаилу. Ученые-химики синтезировали новый продукт, обладавший биологической активностью. Они не смогли его очистить и после нескольких неудачных попыток решили разъехаться в отпуска, оставив Михаила стеречь лабораторию. Каково же было их удивление, когда, вернувшись, они увидели, что 17-летний техник успешно разделил препарат на семь фракций и охарактеризовал их!

Совсем непросто Михаил получал высшее образование. Каждый день после работы он спешил на электричку в Нью-Йорк, а после вечерних лекций в техническом университете, ночью возвращался домой. Он мечтал попасть в аспирантуру к самому Гилберту Льюису, одному из величайших химиков своего времени. Эта мечта стала реальностью лишь после того, как, проучившись еще два года в университете штата Мичиган, в феврале 1943-го Михаил получил диплом бакалавра.

В Калифорнии, в лаборатории Льюиса, Михаил Каша изучает природу люминесценции. И снова драматическая ситуация: война, американские ученые готовят оружие нового типа - атомное. Необходимо много квалифицированных рабочих рук для выделения и очистки радиоактивных веществ. Для этого мобилизуют аспирантов-химиков. Михаил рассказывал, в каких условиях они ежедневно работали над обогащением плутония - без спецодежды и защитных экранов, но с большим энтузиазмом и верой в победу над врагом. К счастью, лучевой болезни никто не получил. Но на диссертационные исследования оставались только ночные часы и выходные. И все же Михаил своевременно закончил запланированные эксперименты и в январе 1945 г. защитил диссертацию на тему "Триплетные состояния органических молекул". Полученные им результаты и сделанные выводы взбудоражили весь научный мир.

В чем же суть этого открытия? Есть два типа излучения под действием света - кратковременная флуоресценция и долговременная фосфоресценция, между которыми должна существовать какая-то связь. Еще в 1933 г. другой выдающийся украинец - Александр Яблонский, работавший в Польше, - гениально предсказал существование этой связи через неизвестное долгоживущее электронное возбужденное состояние. В своей диссертации Каша как раз и доказывал, что таким состоянием является триплетное состояние молекул. Именно этот вывод столкнулся с полнейшим непринятием и сокрушительной критикой всего научного сообщества. Такие выдающиеся ученые, как нобелевские лауреаты Джеймс Франк и Роберт Мулликен, выступили категорически против. Суть их критики сводилась к тому, что переход из синглетного в триплетное состояние невозможен в силу законов квантовой механики. Однако эксперименты Льюиса и Каши показывали иное.

Еще в начале этой дискуссии произошел трагический случай. Гилберт Льюис работал в лаборатории, и в его руках взорвалась колба со смертельно опасным веществом. Внезапная смерть научного руководителя была тяжелой потерей. Однако 25-летний юноша, оставшись отстаивать собственные результаты и идеи без поддержки, должен был довести их до всеобщего признания. Эта дискуссия была одной из самых активных и продолжительных во всей истории науки прошлого века - она происходила на конференциях физиков, на страницах многих журналов и закончилась лишь тогда, когда существование триплетных возбужденных состояний было продемонстрировано в прямом эксперименте по электронному парамагнитному резонансу.

И вот после года, проведенного в английском Манчестере, Михаил уже профессор в Таллахасси, небольшом городке в штате Флорида. Почему он выбрал такое экзотическое место для дальнейшей научной работы, а не признанные академические центры, как например Гарвард, Стэнфорд или Принстон? Во-первых, Михаил больше всего ценил независимость, возможность мыслить и действовать самостоятельно, что в условиях провинции было гарантировано. Был еще и пример Поля Дирака, одного из творцов квантовой электродинамики, оставившего академический Кембридж, чтобы прожить последние свои годы именно в Таллахасси. И, наверное, больше всего перевесила любовь Михаила к волшебной природе Флориды ("цветущей", как ее назвали первооткрыватели-испанцы). На протяжении всей дальнейшей жизни М.Каша боролся за сохранение этого уникального края, его растительного и животного мира. Вместе с женой Лилией они поселились в лесу на берегу дикого озера, где было много аллигаторов. В стремлении защитить этих мирных животных, которых несправедливо изображают как кровожадных хищников - врагов человека, он предлагал всем желающим покататься по озеру среди аллигаторов на его маленьком каяке (варианте байдарки). Я воспользовался этим приглашением и получил незабываемые впечатления.

В своей научной работе Михаил Каша с блеском соединил теорию и эксперимент, организовал одну из наилучших в то время спектроскопических лабораторий. Его энтузиазм и организаторские способности вылились в создание нового учреждения, объединившего физический, химический и биологический факультеты Государственного университета Флориды - Института молекулярной биофизики. Это было одно из первых научных учреждений подобного рода в мире. Будучи человеком широких научных интересов, он не только сам сознавал необходимость интеграции разных научных дисциплин для раскрытия тайн живого мира, но и смог убедить в этом своих коллег и органы власти. А теперь догадайтесь, кто создал эскиз здания нового института? Да, именно Михаил Каша. Символично - его выстроили как центральную часть между зданиями факультетов физики, химии, биологии и соединили с ними воздушными переходами. Сейчас этот институт носит имя своего основателя.

Постепенно лаборатория Каши становилась центром притяжения для ученых со всего мира. Отсюда начали путь в большую науку англичанин Робин Хохштрассер и египтянин Мустафа эль-Сайед, впоследствии ставшие лидерами американской фотофизической науки. Здесь я встретил тайваньца Пи-Тай Чоу и индуса Прадипа Сенгупту, которые вернулись в свои страны и основали собственные, известные на весь мир научные школы. Какая-то особая аура существовала в лаборатории Михаила Каши, сплотившая всех нас, сделавшая близкими друзьями. А о его действительно украинском гостеприимстве в Америке ходили легенды. Гостей и сотрудников лаборатории он часто приглашал в свой любимый ресторанчик на берегу Мексиканского залива, где на террасе, выходящей в море, при сиянии луны и звезд можно было дискутировать почти до утра. Всегда увлеченный новыми идеями, Михаил никогда не демонстрировал свое лидерство. Он призывал смотреть на мир широко раскрытыми глазами и пытаться его понять.

Показательна по этому поводу работа Михаила Каши по фотосинтезу. Есть ли связь между квантовой механикой с ее длинными формулами, функциями, операторами и дыханием живой природы, в частности тем, как луч солнца падает на живую листву? В листьях растений содержится много пигментов, роль которых была неизвестна. Каша высказал предположение, что эти пигменты являются антеннами, собирающими энергию солнечного света и передающими ее другим молекулам, где и происходит фотосинтез. Он теоретически предложил механизм такой передачи и рассчитал его эффективность.

Михаил Каша поражал своей фантастической интуицией, умением видеть в простых вещах то, чего не видел никто. Он попробовал найти объяснение, что именно придает разную окраску цветам и почему эти цвета выгорают на солнце. Выяснив, что пигменты, отвечающие за это, по химической структуре являются флавоноидами, он начал их активно изучать. Конечно, и квантовая механика, и спектроскопия здесь пригодились. Так началась новая отрасль науки - физика переноса протона в возбужденном состоянии. Это направление исследований увлекло и меня. Поскольку нельзя было, слушая Михаила Кашу, не восхищаться. Вместе с моим учеником Александром Сытником, который на протяжении двух лет был сотрудником Каши, мы начали исследовать свойства флавоноидов и их применение как биологических меток и зондов. В лаборатории Каши работала и украинка Елена Фальковская, последняя его аспирантка. Позже к этим исследованиям приобщились многие ученые, в частности химик-синтетик Василий Пивоваренко и его лаборатория в Киеве. Около трех тысяч цитирований моих работ, а также работ моих учеников и последователей в научных журналах также говорят об успехе этого направления. Мы стояли на плечах гиганта и были им озарены.

Но вот совсем непостижимое дело. Разве не считаются классическими и совершенными такие музыкальные инструменты, как гитара, скрипка и виолончель? Ведь в их конструкции на протяжении, наверное, последних 300 лет не происходило каких-либо важных изменений. И тут Михаил Каша покупает в подарок сыну гитару. Заинтересовавшись ее звучанием, он приходит к выводу, что инструмент был создан не по законам физики, а следовательно, нуждается в усовершенствовании. Ученый нашел мастера, который начал изготовлять гитары по его указаниям и разработкам. И гитара зазвучала по-другому. Настолько по-другому, что ее взял в руки сам Андрес Сеговия, считающийся лучшим гитаристом всех времен. Рассказывают, как однажды Каша вошел в студенческую аудиторию и сказал: "Нам придется отложить лекции по квантовой механике, поскольку я уезжаю на концертные гастроли. Моим аккомпаниатором будет маэстро Сеговия". И такое концертное турне по США и Канаде действительно состоялось. Михаил рассказывал о своей теории музыкальных инструментов и их конструкции, а потом начинался концерт знаменитого А. Сеговии. Эти лекции-концерты собирали тысячные аудитории.

Нобелевская премия обошла Михаила Кашу, хотя его и выдвигали на нее. Не получил премии и его великий учитель Гилберт Льюис. Однако проведя поиск в Интернете по ключевым словам Nobel prize и Michael Kasha, я получил неожиданный результат - интервью Михаила Каши нобелевскому лауреату Гарри Крото. Не чувствуете ли вы здесь чего-то непривычного, почти невероятного? Обычно нобелевские лауреаты сами дают интервью, а не берут их у других ученых. Собственно, не премиями и не наградами определяется вклад ученого в мировую сокровищницу знаний.

Меня часто спрашивают, на каком языке мы разговаривали, хорошо ли Михаил помнил украинский? Такова уж специфика нашей профессии, что все мы пользуемся английским. Однако Михаил прекрасно сохранил язык своего детства - характерный лемковский диалект. Я слышал его в разговоре Каши с братом и сестрой, когда они приезжали к нему в гости. Это были простые люди, которым за многолетним тяжким трудом было не до усовершенствования своего языка, украинского или английского. И можно было почувствовать, какой огромный путь прошел Михаил. Начальное образование на украинской основе дало ему возможность легко овладеть сопредельными славянскими языками - русским и польским - и свободно, без перевода читать научную литературу на этих языках. Он хорошо знал и высоко ценил публикации украинских ученых, в частности Антонины Прихотько и ее школы. Его усилиями и под его редакцией была переиздана в США на английском языке книга Александра Давыдова "Теория молекулярных экситонов".

В последний раз я встретился с Михаилом Кашей в 2001 г. на научной конференции, посвященной его 80-летию. Она собрала лучших фотофизиков и спектроскопистов США, среди которых было много его учеников. Я был единственным докладчиком, приглашенным из Европы. Все ждали доклад Каши. О чем он говорил? О молекулярных экситонах или динамике переноса протона? Нет, тогда это был бы не Михаил Каша. Поскольку докладывать о прошлых достижениях было совсем не в его стиле. Он рассказал о малопонятном явлении, которое изучал в последнее время, - северном сиянии. Каша изложил собственную теорию его возникновения. Было известно, что солнце излучает не только кванты света - фотоны, но и заряженные частицы - протоны. Протоны отклоняются магнитным полем Земли к Северному полюсу и вызывают фотофизический процесс, что приводит к свечению в верхних слоях атмосферы. Михаил связывал этот процесс с образованием активных форм кислорода, которые объединяются в димеры, приводя к такому свечению. Мы все были в восторге. Оказывается, и в 80-летнем возрасте можно сделать значительный вклад в новую отрасль науки.

Природа берет свое, и нет среди нас людей вечных. Однако вечны законы природы, открытые Михаилом Кашей, и вечен дух подвижничества в науке, излучаемый им. При всем разнообразии творческого наследия Михаила Каши он войдет в историю мировой науки прежде всего как король электронных возбужденных состояний молекул. Кажется, я знаю секрет, почему он так восхищался возбужденными состояниями и почему возбужденные состояния открывали ему свои глубочайшие тайны. Потому, что сам он всегда находился в особом - творческом - возбужденном состоянии, способном возбуждать всех вокруг него. Таким он останется среди нас.