Нейроперсоналии: Альвар Гульстранд

Среди нобелевских лауреатов по физиологии или медицине можно встретить достаточно много биологов. Есть среди них и химики, тоже немало. Немало типичных нейроученых.  Крайне редко встречаются хирурги (пожалуй, всего двое). Но редчайший из редчайших случаев – это математик-самоучка и офтальмолог в одном лице.  Таким был швед Альвар Гульстранд, герой рубрики «Как получить Нобелевку» дружественного портала Indicator.Ru. Поскольку глаза — это «мозг, вынесенный за пределы черепа», мы публикуем эту статью,  написанную для портала нашим главным редактором.

Альвар Гульстранд

Родился 5 июня 1862. Ландскрона, Швеция

Умер 28 июля 1930, Стокгольм, Швеция

Нобелевская премия по физиологии или медицине 1911 года. Формулировка Нобелевского комитета: «За работы по диоптрике глаза».

Вообще-то Альвар Гульстранд мечтал с детстве увлекался физикой и механикой и мечтал стать инженером. Но он родился в семье Пехра Альфреда Гульстранда, руководителя медицинской службы шведского города Ландскруна (не надо путать ее с шведской крепостью Ландскрона, археологические остатки которой стали камнем преткновения для Охта-центра в Санкт-Петербурге). Поэтому отучившиссь положенное в школах Ландскруны и Дженкенинга 18-летний старший отпрыск семьи Гульстрандов отправился в Упсалу, в местный университет. В XIX веке учиться на медика было непросто и так же долго, как и сейчас. Пять лет в Упсале, год в Вене, два года в Каролинском институте в Стокгольме – только в 1888 году он смог получить право практиковать (что и начал с успехом делать в стокгольмском госпитале Серафима). К тому времени он уже три года был женат. Еще два года ушло на написание диссертации.

Нужно сказать, что интерес к физике, механике и математике никуда не делся. Параллельно с университетским курсом, готовившим Гульстранда на врача, он тщательно изучал математику, достигнув в ней очень неплохого уровня. Возможно, именно из-за его интереса он, получив докторскую лицензию, решил стать офтальмологом. Ведь глаз представляет собой оптико-механический орган, работу которого можно описать математически. И уже первая работа Альвара показала его незаурядные способности, которые потом позволят ставить исследователям его на один уровень с Исааком Ньютоном, Христианом Гюйгенсом и Германом Гельмгольцем.

Диссертация Гульстранда получила название «Вклад в теорию астигматизма», где шведский ученый рассмотрел оптическую теорию нарушения четкости зрения при нарушении формы хрусталика или роговицы и не полностью компенсируется очками сферической формы.

Став доктором в научном смысле слова, Гульстранд получил сразу две работы: он стал лектором по офтальмологии в Каролинском институте и главным врачом глазной клиники в Стокгольме, а через два года получил директорскую должность там же. Но вот беда – нормально заниматься наукой он не мог. Пришлось заняться дауншифтингом – уехать из столицы в Упсалу, где появилась профессорская позиция по офтальмологии.

Те работы, которые принесли Гульстранду «Нобелевку» он выполнил за 15 лет, с 1894 года, когда он стал работать в Упсальском университете по 1909 году, когда он получил на редактуру готовящийся к изданию в то время «Трактат по физиологической оптике» германского титана, одного из последних «универсальных ученых», Германа Гельмгольца. Именно в комментариях к этой книге Альвар Гульстранд изложил свои результаты. Непривычный для современного ученого способ, но, тем не менее, хорошо распространенный в науке более раннего времени.

Как раз именно Гельмгольц в 1851 году описал механизм аккомодации. Что это такое? Как позднее начинал Гульстранд свою Нобелевскую лекцию, «нормальный глаз, если не считать глаза старика, может видеть четко на разных дистанциях. Для того, чтобы это стало возможно линза [глаза] изменяет свою форму, в результате чего рефрактивная сила всего глаза как оптической системы меняется».

К 1890-м годам оптические свойства прозрачной стеклянной линзы были очень хорошо описаны, в первую очередь, физиком Эрнстом Аббе. Теория систем лучей света, проходящих через изогнутые поверхности была тоже блестяще описана ирландцем Уильямом Роуэном Гамильтоном, еще одним математиком-самоучкой в его «Теории систем лучей» (1828 год). Но хрусталик – не стеклянный, он состоит из многих слоев прозрачных волокон и постоянно изменяет свою форму. И именно Гульстранд взял на себя труд связать физику Аббе, математику Гамильтона и физиологию глаза в единое непротиворечивое физико-математическое физиологическое описание. Первой ласточкой стала его диссертация, о которой мы уже говорили, затем последовала «Общая теория монохроматической аберрации и ее требующая немедленного применения важность для офтальмологии» (1896), «Истинное оптическое изображение» (1906), «Оптическое изображение в гетерогенной среде и диоптрика хрусталика человека» (1908) и, наконец, суммирующие его труд комментарии к Гельмгольцу.

Ученый установил, что хрусталик постоянно изменяет свой индекс рефракции и сумел точно описать его, что привело к подлинной революции и в коррекции астигматизма и аберраций глаза очками, а, впоследствии, создало теоретическую базу для хирургической коррекции зрения.

Неудивительно, что уже в 1911 году, через два года после публикации итога 15-летнего труда, наш герой стал очередным нобелиатом-земляком Нобеля. Интересно, что его номинировали всего семь раз. Трижды (в 1910 и 1911 годах) – по физике, причем дважды его номинировал официальный представитель Королевской шведской академии наук Карл Мёрнер, тот самый что представляет лауреатов на церемонии, и четырежды – по физиологии или медицине.

Тот самый Мёрнер при вручении премии сказал: «Основополагающая работа фон Гельмгольца внесла столько нового в вопросы рефракции и формирования изображения в глазу, что казалось просто невероятным, что какие-либо новые исследования в этой области могут оказать такое революционное воздействие на науку, как это произошло с исследованиями Гульстранда».

В своей Нобелевской лекции наш герой отметил, что хрусталик глаза состоит «на всем своем протяжении из неопределенного количества искусно расположенных, микроскопически тонких волокон, которые заканчиваются на разной глубине под обеими поверхностями хрусталика и направляются от одного конца к другому в виде спиралей. […] К моменту начала моих исследований законы формирования зрительного изображения в такой среде были полностью неизвестны, а многое из того, что представлялось ясным, оказалось ошибочным».

Любопытно, что Франческо Фальчи из Университета Павии номинировал Гульстранда и в 1912 году. Но тоже за работы по диоптрике глаза, а не за изобретение, которое наш герой сделал в свой нобелевский год.

Да, видимо, мечта стать инженером не покидала Альвара Гульстранда все годы теоретического описания работы глаза. И в 1911 году он создал один из основных инструментов работы офтальмолога – щелевую лампу. Соединив микроскоп от Карла Цейсса и узкий вертикальный источник света, Гульстранд получил способ изучать в микроскоп все видимые части глаза – от роговицы до глазного дна, и при этом видеть все слабо различимые в рассеянном свете дефекты прозрачных частей – роговицы и хрусталика. И поныне щелевая лампа в огромном количестве вариантов используется всеми офтальмологическими центрами мира.

Нобелевская премия сделала Гульстранда национальным героем. В 1914 году в Уппсале для него специально создали кафедру физической и физиологической оптики, а сразу после получения премии Нобелевский комитет сделал его своим членом (им Гульстранд пробыл до 1929 года, уйдя в оставку всего за год до своей смерти от инсульта). Не по медицине, а по физике.

Кстати, о работе в Нобелевском комитете. Надо сказать, что наш герой был очень упрямым человеком, хотя и очень доброжелательным человеком «для своих». Но если кто был для Гульстранда «чужи» Особенно он не признавал новую физику – в особенности Альберта Эйнштейна. «Благодаря» Гульстранду 1921 год стал годом, в который вообще не присудили премию по физике. Не потому, что не нашли достойного кандидата, а потому, что очень много номинаций получил Альберт Эйнштейн. Но Гульстранд устроил истерику. Говорят, он даже вопил: «Эйнштейн никогда не должен получить Нобелевскую премию, даже если весь остальной мир потребует этого». И убедил-таки комитет не присуждать премию Эйнштейну. Ну а не Эйнштейну – так никому.

Если быть точным, в 1922 году назвали двух лауреатов, и за 1921, и за 1922 годы. И, заранее зная, что будет, многие физики уже начали бояться за свою репутацию. Но спасла дело репутация одна из номинаций Эйнштейна, от Карла Вильгельма Озеена. Озеен номинировал величайшего физика не за теорию относительности, как за все остальные, а за открытие закона фотоэффекта. Все уцепились за эту «лазейку» — и, добавив в вердикт фразу «а еще он – молодец» (читай – за выдающиеся заслуги в теоретической физике), таки продавили упрямого шведа.

Тем не менее, склоки склоками, но нужно признать: почти неизвестный современному обывателю, Альвар Гульстранд действительно достоин своей премии – и как теоретик, и как практик.

Текст: Алексей Паевский

Читайте материалы нашего сайта в Facebook, ВКонтакте и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.