Каша, Майкл
Майкл Ка́ша (англ. Michael Kasha; 6 декабря 1920, Элизабет, Нью-Джерси, США — 12 июня 2013, Таллахасси, США) — американский физико-химик, сооснователь и первый директор Института молекулярной биофизики (IMB) в Университете штата Флорида.
Член Американской академии искусств и наук (1963), Национальной академии наук США (1971)[3], Бразильской академии наук (1977), Академии наук Украины (1991) и Международной академии квантовой молекулярной науки (1992).
Биография
Майкл Каша родился в рабочей семье украинских иммигрантов в г. Элизабет, штат Нью-Джерси. После окончания школы работал два года лаборантом в исследовательском подразделении химической компании Merck. Успехи в обучении позволили ему получить стипендию на обучение сначала в инженерном колледже Купер Юнион в Нью-Йорке (который он посещал в ночное время, днём работая в компании Merck), а затем в Мичиганском университете, где он получил степень бакалавра в 1942 году. С 1943 года Каша работал в университете Беркли под руководством известного физико-химика Г. Н. Льюиса, изучая природу люминесценции. Как аспирант-химик Каша был привлечён к работе над выделением и очисткой радиоактивных веществ для военных нужд в рамках Манхэттенского проекта. Это означало сотрудничество в дневное время с другим профессором химии в Беркли, Робертом Е. Конником, по химии плутония; летом 1944 года в ходе совместных экспериментов они доказали существование пятой (V) степени окисления плутония[4][5]. На диссертационные исследования оставались только ночные часы и выходные. И все же Каша своевременно закончил запланированные эксперименты и в январе 1945 г. защитил диссертацию на тему «Триплетные состояния органических молекул».
В 1951 году, после нескольких лет активной научно-исследовательской работы в Беркли, а также стажировок в Чикагском университете (1949—1950) и Манчестерском университете (1950—1951)[6][7], М. Каша получил должность профессора физической химии в университете штата Флорида. В 1960 году Майкл Каша выдвинул предложение о создании нового совместного центра для междисциплинарных исследований среди биохимиков и физиков. Получив финансирование, М. Каша основал институт молекулярной биофизики при университете штата Флорида, который впоследствии возглавлял с 1960 по 1980 год[7][8]. Наибольшее влияние на научно-исследовательскую работу М.Каши оказали конференция, организованная Фрэнсисом Шмиттом в 1958 (Грейт Боулдер, Колорадо) и конференция, организованная Морисом Маройсом в 1970 (Институт жизни, Бельгия). Не менее важными были летние конференции, организованные Альбертом Сент-Дьёрдьи в Лаборатории биологии моря в Вудс-Холе, Массачусетс, в которых М. Каша участвовал с 1960 по 1970 год[9].
В 1979 году Президент США Джимми Картер назначил профессора М. Кашу членом национального Совета по науке.
Майкл Каша умер 12 июня 2013 г.
Научные исследования
Фотохимия и молекулярная спектроскопия
Майкл Каша внёс значительный вклад в развитие молекулярной электронной спектроскопии и молекулярной фотохимии. Он сформулировал ряд принципов, получивших признание и названных впоследствии «правилом Каши». Согласно этому правилу для органических молекул в конденсированной фазе (в кристалле, стекле или жидкости, а также в растворе) излучение фотона (люминесценция) всегда происходит с низшего возбуждённого уровня данной мультиплетности. Известен ряд исключений из этого правила (анти-Каша люминесценция), когда излучение происходит из высших возбуждённых состояний, например, у азулена и тиокетонов (флуоресценция S2 → S0)[10][11].
Полученные М. Кашей результаты и сделанные выводы в докторской диссертации «Триплетные состояния органических молекул» вызвали широкий резонанс в научном мире. Существует два типа излучения под действием света — кратковременная флуоресценция и долговременная фосфоресценция, между которыми должна существовать какая-то связь. Существование этой связи через неизвестное долгоживущее электронное возбуждённое состояние было предсказано в 1933 году Александром Яблонским. В своей диссертации Каша доказывал, что таким состоянием является триплетное состояние молекул[12].
Именно этот вывод столкнулся с полнейшим непринятием и сокрушительной критикой всего научного сообщества. Такие выдающиеся учёные, как нобелевские лауреаты Джеймс Франк и Роберт Малликен, 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[13].
В 1953 году Джеймс Франк изменил своё мнение и стал активным сторонником теории[14]. Окончательное признание гипотезы произошло в 1958—1959 годах, когда с помощью метода электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) была доказана триплетная природа метастабильного состояния[4].
Майкл Каша экспериментально и теоретически обосновал явление, получившее в фотохимии название «эффект тяжёлого атома» (эффект Каши). Он доказал, что присутствие атомов с большим атомным номером усиливает спин-орбитальное взаимодействие, снимая строгий квантово-механический запрет на переходы между электронными состояниями с разной мультиплетностью[4][15]. Различают внутренний эффект (при внедрении тяжёлого атома в структуру молекулы) и внешний, открытый Кашей в 1952 году[16][17]. Внешний эффект наблюдается при добавлении в раствор реагентов, содержащих тяжёлые атомы, и требует тесного межмолекулярного контакта с образованием короткоживущего комплекса. Майклу Каше принадлежит открытие синглетного кислорода в химических и биохимических реакциях. Он работал по многим аспектам химии кислорода в растворе. Молекула в растворе находится в синглетном состоянии, в то время как в основном состоянии является триплетом, что позволяет говорить о её метастабильности. Майкл Каша впервые объяснил, каким образом растения эффективно используют энергию солнца, и предложил простую модель этого процесса. Он был первым в изучении многих фотохимических систем, образующихся с внутримолекулярным переносом протона в возбуждённом состоянии (ESIPT), и доказал существование их сопряжения с переносом электронного заряда. В 1955 году он исследовал этот процесс на примере салициловой кислоты и метилсалицилата[18].
Исследования синглетного кислорода и фотосинтеза
Майклу Каше принадлежит открытие синглетного кислорода в химических и биохимических реакциях. В 1963 году совместно с Ашрафуззаманом Ханом он открыл хемилюминесценцию синглетного кислорода (реакция H2O2 + OCl−)[19]. Он работал по многим аспектам химии кислорода в растворе. Молекула в растворе находится в синглетном состоянии, в то время как в основном состоянии является триплетом, что, таким образом, позволяет говорить о её метастабильности.
Майкл 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. В 1963 году он заложил основу концепции «модели Каши» для молекулярных агрегатов (экситонная модель), описывающей, в том числе, агрегаты пигментов при фотосинтезе[20][19]. Он был первым в изучении многих фотохимических систем, образующихся с переносом протона, и доказал существование их сoпряжения с перенoсом электронного заряда.
Химия плутония
Результатом работы с Робертом Конником стал ряд работ по химии плутония, выполненных в рамках Манхэттенского проекта. Работы М. Каши были посвящены изучению ионных равновесий и кинетики реакций с участием плутониевых ионов в растворах хлороводородной[21] и перхлорной[22] кислот. Для проведения данных исследований активно использовались спектрофотометрические методы. Были проведены исследования магнитной восприимчивости плутония в различных степенях окисления.
Основные труды
Открыл фундаментальный закон, связывающий два вида излучения — флуоресценцию и фосфоресценцию. Сформулировал правило Каши, согласно которому испускание фотона при люминесценции всегда происходит из низшего возбуждённого состояния данной мультиплетности[23].
Майкл Каша отличался высокой научной активностью. На его счёту более 150 научных статей и публикаций. Наиболее известными и цитируемыми из которых являются:
- Kasha M., Rawls H.R., El-Bayoumi M.A. The Exciton Model in Molecular Spectroscopy // Pure Appl. Chem. 1965. Vol. 11. P. 371—392[24].
- Kasha M. Energy Transfer Mechanisms and the Molecular Exciton Model for Molecular Aggregates // Radiat. Res. 1963. Vol. 20, № 1. P. 55.
- McRae E.G., Kasha M. Enhancement of Phosphorescence Ability upon Aggregation of Dye Molecules // J. Chem. Phys. AIP Publishing, 1958. Vol. 28, № 4. P. 721.
- Sengupta P.K., Kasha M. Excited state proton-transfer spectroscopy of 3-hydroxyflavone and quercetin // Chem. Phys. Lett. North-Holland, 1979. Vol. 68, № 2. P. 382—385.
Конструирование музыкальных инструментов
В музыкальном мире Майкл Каша известен как конструктор уникальных гитар с высокими значениями громкости и продолжительности звука (в обычных конструкциях каждый из этих параметров может быть повышен лишь за счёт другого). Помимо гитар, он также работал над конструированием скрипок, виолончелей и контрабасов. Гитары Каши высоко ценил Андрес Сеговия.
Совместно с гитарным мастером Ричардом Шнайдером он разработал систему «Kasha Design», включающую ряд технических инноваций. В конструкции системы пружин была применена радиальная (звездообразная) схема, при которой короткие пружины расходятся от зоны бриджа. Использовалась асимметричная жёсткость: басовая половина верхней деки усиливалась более массивными пружинами, а высокочастотная — лёгкими. Под седлом устанавливалась поперечная «узловая планка», позволяющая мосту свободно совершать качательные и вертикальные движения[25].
Инновации затронули и конструкцию моста. Он получил клиновидную асимметричную форму, сужающуюся к одному краю, для эффективной передачи басовых частот на левую часть деки, а высоких — на правую. Мост делался максимально лёгким для повышения отзывчивости к вибрациям. Кроме того, применялось сквозное крепление струн через мост и верхнюю деку к внутренней пластине, что увеличивало давление на деку и улучшало звукопередачу[25][26].
Майкл Каша получил несколько официальных патентов в области инструментостроения, среди которых патенты на конструкцию гитары (1969), бридж для струнного музыкального инструмента (1977) и систему пружин (1978). Его акустические разработки применяли в своей работе и другие мастера-лютье, такие как Джила Эбан и Стив Кляйн[27][28].
Почести и награды
М. Каша не раз награждался различными международными наградами за достижения в области науки: медалью Джорджа Портера (1990, фотохимия), медалью Роберта Малликена (1990, молекулярная спектроскопия)[29][30].
Помимо этого Каша был удостоен пяти национальных наград США: Florida Award (1961), Kettering Research Award (1963—1969), Southern Chemist Award (1974), Outstanding Scientist of the Year Medal (1977) и Randolph T. Major Medal (1981)[31]. В 1998 году Майкл Каша был удостоен премии Александра Яблонского.
М. Каша — член ряда американских национальных академий (включая Американскую академию искусств и наук, 1963)[31][32], Бразильской академии наук (1991)[31], Международной академии квантовой молекулярной науки (1992)[31], почётный доктор наук университета Гонзага (Вашингтон, 1988), Гданьского университета (Польша, 1992)[29]. В 1990 году Каша получил диплом об избрании первым зарубежным членом Академии наук УССР[31].
Память
Личная жизнь и хобби
В 1949 году Майкл Каша женился на выпускнице Беркли Лилли Кон, родом из Гданьска (Польша).
Сын Николас Каша.
М. Каша имел широкий спектр увлечений. Помимо академических работ по физике возбуждённых состояний молекул, он известен работами в области последствий солнечных корональных выбросов массы (один из которых происходил почти во время его смерти), а также интересами в области деревообработки, электроники, фотографии и парусного спорта.
Примечания
Дополнительно по теме
 | ||||
|---|---|---|---|---|
