Жанр: Энциклопедия
СТО ВЕЛИКИХ ученых
... достижения привлекли многих лучших студентов в такое научное
учреждение, как Институт Гейзенберга. Воспитанные в традициях
копенгагенской доктрины
, они сформировали новое доминирующее поколение физиков, которые распространили эти идеи, разъехавшись по всему
миру в тридцатые годы после прихода к власти Гитлера.
Хотя Гейзенберг по праву считается сегодня одним из величайших
физиков современности, он в то же время подвергается критике за многие
его поступки после прихода к власти Гитлера. Гейзенберг никогда не был
членом нацистской партии, однако он занимал высокие академические
должности и был символом немецкой культуры на оккупированных территориях. С 1941 по 1945 год Гейзенберг был директором института физи
542 100 ВЕЛИКИХ УЧЕНЬЕ
ки кайзера Вильгельма и профессором Берлинского университета. Не разі
отвергая предложения эмигрировать, он возглавил основные исследования по расщеплению урана, в которых был заинтересован Третий рейх.
После окончания войны ученый был арестован и отправлен в Англию.
Гейзенберг давал различные объяснения своим действиям, которые еще
больше способствовали падению его репутации за границей. Верный сын
своей страны, Гейзенберг, которому удалось проникнуть в тайны природы, не сумел разглядеть и понять глубину трагедии, в которую была ввергнута Германия.
В 1946 году Гейзенберг вернулся в Германию. Он становится директо-;
ром Физического института и профессором Геттингенского университета. |
С 1958 года ученый являлся директором Физического университета и астрофизики, а также профессором Мюнхенского университета.
В последние годы усилия Гейзенберга были направлены на создание
единой теории поля. В 1958 году он проквантовал нелинейное спинорное
уравнение Иваненко (уравнение Иваненко — Гейзенберга). Немало его
работ посвящено философским проблемам физики, в частности теории
познания, где он стоял на позиции идеализма.
Гейзенберг умер в своем доме в Мюнхене 1 февраля 1976 года от рака
почки и желчного пузыря.
ПОЛЬ ДИРАК
(1902—1984)
Английский физик Поль Адриен Морис Дирак родился 8 августа
1902 года в Бристоле, в семье уроженца Швеции Чарлза Адриена Ладислава Дирака, учителя французского языка в частной школе, и англичанки Флоренс Ханны (Холтен) Дирак.
Сначала Поль учился в коммерческом училище в Бристоле. Затем с
1918 по 1921 год он изучал электротехнику в Бристольском университете
и окончил его со степенью бакалавра наук. После этого Поль прошел еще
и двухлетний курс прикладной математики в том же университете.
Во
время этого математического образования больше всего повлиял на меня
Фрезер ...он был прекрасным учителем, способным внушить своим студентам чувство действительного восхищения фундаментальными идеями
математики, — вспоминал Дирак. — ...У Фрезера я научился двум вещам.
Во-первых, строгой математике. До того я использовал только нестрогую
математику, которая удовлетворяла инженеров... Они не заботились о точном определении предела, о том, как долго суммировать ряды, и о других
подобных вещах. Фрезер учил, что для обращения с этими предметами
иногда необходимы строгие логические идеи
. И дальше:
Вторая вещь,
которой я научился у Фрезера, была проективная геометрия. Она оказала
на меня глубокое влияние благодаря присущей ей математической красоте... Проективная геометрия всегда работает с плоским пространством...,
она обеспечивает вас методами, такими как метод взаимнооднозначных
соответствий, которые, как по волшебству, получают результаты; теоремы
евклидовой геометрии, над которыми вы долго мучились, выводятся наи
544
простейшими способами, если использовать рассуждения проективной геометрии
.
Дирак продолжал интересоваться проективной геометрией и после того,
как в конце 1923 года стал аспирантом Кембриджского университета, специализирующимся в теоретической физике под руководством Ральфа Говарда Фаулера. В частности, он регулярно посещал чаепития в доме профессора Бейкера, происходившие по субботним вечерам. После каждого
из таких чаепитий кто-то делал сообщение о геометрической задаче. Сам
Дирак тоже
работал с проективной геометрией... и сделал одно из сообщений на таком чаепитии. Это была первая лекция в моей жизни, и,
конечно, я ее хорошо запомнил. В ней шла речь о новом методе решения
проективных задач
.
Затем Дирак поступил в аспирантуру по математике колледжа св. Иоанна
в Кембридже и в 1926 году защитил докторскую диссертацию. В следующем году Дирак стал членом научного совета того же колледжа.
Еще в университете Дирак заинтересовался теорией относительности Альберта Эйнштейна. В годы, когда Дирак проходил аспирантуру в
Кембридже, Гейзенберг и Шрёдингер разработали свои формулировки
квантовой механики, применив квантовую теорию к описанию поведения атомных и субатомных систем и движения таких частиц, как электрон.
Дирак начал изучать уравнения Гейзенберга и Шрёдингера, как только те были опубликованы в 1925 году, высказав при этом несколько полезных замечаний. Одним из недостатков квантовой механики было то,
что она была разработана лишь применительно к частицам, обладающим
малой скоростью (по сравнению со скоростью света), а это позволяло пренебречь эффектами, рассматриваемыми теорией относительности Эйнштейна. Эффекты теории относительности, такие как увеличение массы
частицы с возрастанием скорости, становятся существенными, только когда скорости начинают приближаться к скорости света.
На Сольвеевском конгрессе в октябре 1927 года к Дираку подошел
Бор. Вот как вспоминает об этом сам Дирак:
Бор подошел ко мне и
спросил: Над чем сейчас работаете?
Я ответил: Пытаюсь получить релятивистскую теорию электрона
. Бор тогда сказал: Но ведь Клейн уже
решил эту проблему
. Я был несколько обескуражен. Я стал объяснять
ему, что решение задачи Клейна, основанное на уравнении Клейна—Гордона, неудовлетворительно, так как его нельзя согласовать с моей общей
физической интерпретацией квантовой механики. Однако я так и не смог
объяснить что-либо Бору, так как наш разговор был прерван началом лекции и вопрос повис в воздухе
.
Дирак был недоволен. Он стремился получить уравнения для одного
электрона, а не для системы частиц с разными зарядами. Он добился
своего, но решение его удивило. Двумерных частиц Паули, хорошо опи
ПОЛЬ ДИРАК 545
сывающих спин в нерелятивистском случае, явно не хватало. Электрон в
теории имел лишнюю степень свободы — свободы, как оказалось, перехода в состояние с отрицательной энергией Это выглядело настолько дико,
что впору было отказаться от всего сделанного.
В поисках выхода Дирак предложил странную идею. Он предположил,
что все электроны Вселенной занимают уровни с отрицательной энергией, согласно принципу Паули, образуя ненаблюдаемый фон. Наблюдаемы
только электроны с положительной энергией
Электроны, — пишет Дирак, — распределены по всему миру с большой плотностью в каждой точке. Совершенная пустота есть та область, где все состояния с отрицательной энергией заняты
.
Незаполненные состояния с отрицательной энергией представятся как нечто с положительной энергией, потому что для
того, чтобы они исчезли, необходимо внести туда один электрон с отрицательной энергией. Мы предполагаем, что эти незанятые состояния с отрицательной энергией суть протоны
.
Теория Дирака была встречена скептически Вызвал недоверие гипотетический фон электронов, кроме того, теория Дирака, по его словам,
была очень симметрична по отношению к электронам и протонам
.
Но протон отличается от электрона не только знаком заряда, но и
массой. Открытие позитрона, частицы действительно симметричной электрону, заставило по-новому оценить теорию Дирака, которая по существу
предсказывала существование позитрона и других античастиц.
На Ленинградской конференции 1933 года Дирак следующим образом
излагал сущность теории позитрона.
Допустим, что в том мире, который
мы знаем, почти все электронные состояния с отрицательной энергией
заняты электронами. Эта совокупность электронов, сидящих на отрицательных уровнях энергии, вследствие своей однородности не может восприниматься нашими чувствами и измерительными приборами, и только
лишь не занятые электронами уровни, являясь чем-то исключительным,
каким-то нарушением однородности, могут быть замечены нами совершенно таким же образом, как мы замечаем занятые состояния электронов
с положительными энергиями. Незанятые состояния с отрицательной
энергией, т. е. дырка
в распределении электронов с отрицательной энергией будет восприниматься нами как частица с положительной энергией;
ведь отсутствие отрицательной кинетической энергии равносильно присутствию положительной кинетической энергии, так как минус на минус
дает плюс... Представляется разумным отождествить такую дырку
с позитроном, т. е. утверждать, что позитрон есть дырка
в распределении
электронов с отрицательной энергией
.
Согласно теории Дирака, — писал Ф Жолио, — положительный
электрон при столкновении со свободным или слабо связанным отрицательным электроном может исчезать, образуя два фотона, испускаемых в
противоположных направлениях
.
Существует и обратный процесс —
материализация
фотонов, когда
фотоны с достаточно большой энергией при столкновении с тяжелыми
ядрами могут создавать положительные электроны... Фотон, взаимодействуя с ядром, может создать два электрона с противоположными зарядами
.
Выведенное английским ученым и опубликованное в 1928 году уравнение называется теперь уравнением Дирака. Оно позволило достичь сої
гласия с экспериментальными данными. В частности, спин, бывший ра|
нее гипотезой, подтверждался уравнением Дирака. Это было триумфом
его теории. Кроме того, уравнение Дирака позволило предсказать магнит|
ные свойства электрона (магнитный момент), j
Дираку же принадлежит теоретическое предсказание возможности рож|
дения электрон-антиэлектронной пары из фотона достаточно большой энер|
гии. Предсказанный Дираком антиэлектрон был открыт в 1932 году Карлом
Д. Андерсеном и был назван позитроном. Позднее подтвердилось и пред|
положение Дирака о возможности рождения пары. Впоследствии Дирая
выдвинул гипотезу о том, что и другие частицы, такие как протон, такж|
должны иметь свои аналоги из антиматерии, но для описания таких паи
частиц и античастиц потребовалась бы более сложная теория. Существо]
вание антипротона было подтверждено экспериментально в 1955 годі
Оуэном Чемберленом. В настоящее время известны и многие другие аж
тичастицы. |
Уравнение Дирака позволило внести ясность в проблему рассеяний
рентгеновского излучения веществом. Рентгеновское излучение сначал!
ведет себя как волна, затем взаимодействует с электроном как частиі.
(фотон) и после столкновения вновь подобна волне Теория Дирака да<
подробно количественное описание такого взаимодействия.
Позднее Дирак открыл статистическое распределение энергии в сис|
теме электронов, известное теперь под названием статистики Ферми-1
Дирака. Эта работ имела большое значение для теоретического осмысления электрических свойств металлов и полупроводников.
Дирак предсказал также существование магнитных монополей — изолированных положительных или отрицательных магнитных частиц, подобных положительно или отрицательно заряженным электрическим частицам. Попытки экспериментально обнаружить магнитные монополя до
сих пор не увенчались успехом. Все известные магниты имеют два полюса — северный и южный, которые неотделимы друг от друга. Дирак высказал предположение и о том, что природные физические константы,
например гравитационная постоянная, могут оказаться не постоянными в
точном смысле слов, а медленно изменяться со временем. Ослабление
гравитации, если оно вообще существует, происходит настолько медленно, что обнаружить его чрезвычайно трудно, и поэтому оно остается гипотетическим.
ПОЛЬ ДИРАК
Дирак и Шрёдингер получили Нобелевскую премию по физике 1933 года
за открытие новых продуктивных форм атомной теории
. В своей лекции
Дирак указал на вытекающую из симметрии между положительными и отрицательными электрическими зарядами возможность существования
звезд
состоящих главным образом из позитронов и антипротонов. Возможно,
одна половина звезд принадлежит к одному типу, а другая — к другому
Эти два типа звезд должны были бы обладать одинаковыми спектрами, и
различить их методами современной астрономии было бы невозможно
В 1937 году Дирак женился на Маргит Вигнер, сестре физика Эугена
П. Вигнера. У них было две дочери
Обычно принято считать Дирака молчаливым и не очень общительным человеком. Так оно и было. Он предпочитал работать в одиночку, и
непосредственных учеников у него было мало Но наряду с этим в нем
уживалась способность к искренней и глубокой дружбе. Двух своих чуть
ли не самых близких друзей нашел Дирак в Советском Союзе. Это были
Петр Капица и Игорь Тамм.
Любопытны воспоминания дочери Тамма Ирины о Дираке:
Два года
подряд у нас останавливался приезжавший в Москву П.A.M. Дирак, с
которым папа познакомился и подружился в 28-м году у Эренфеста в
Лейдене. Помню, как в свой второй приезд вечером входит сияющий Дирак
и, подняв палец, торжественно заявляет: Тамм, у вас грандиозные перемены
. В ответ на всеобщее недоумение он пояснил. Теперь в туалете
горит лампочка
Осенью 1934 года Капице не было разрешено вернуться в Англию, в
лабораторию, которой он заведовал, и он вынужден был остаться в СССР
поначалу без возможности для научной работы Дирак хотел приехать в
Советский Союз для того, чтобы попытаться помочь Капице.
Эта проблема подробно обсуждалась в переписке между ним и женой Капицы — Анной Алексеевной, которая была тогда в Кембридже
Дирак в тот год читал лекции в США. Чтобы вызволить Капицу, он даже
собирал подписи под коллективным письмом американских физиков правительству СССР, вместе с Р Милликеном нанес визит в советское посольство.
Друзья и знакомые Поля Дирака часто бывали поражены его неожиданной и иногда странной
реакцией на темы, возникающие в разговоре
Правда, затем становилось очевидным, что его замечания были естественным и логическим ответом и что только чисто автоматические и бездумные ассоциации всех остальных и заставляли ждать от него чего-нибудь
другого. Это же свойство проявлялось в его физике Сходство настолько
явно, что многие из знаменитых историй об ученом могут быть прямо
поставлены в соответствие с некоторыми из его статей.
Вот, к примеру, история о пилюлях в бутылке, рассказанная Г.Р. Уль
мом. Ульм извинился за шум в своем кармане, объяснив, что бутылка уже
не полная и поэтому производит шум. Дирак заметил: Я думаю, она производит наибольший шум, когда она заполнена наполовину
. Он уловил
тот факт, что бутылка не производит шума не только когда пуста, что
очевидно, но и когда целиком заполнена. Эта мысль похожа на идею,
лежащую в основе его дырочной теории
.
В другом эпизоде беседа за чаем зашла о том, что среди детей, родившихся за последнее время у физиков в Кембридже, была удивительно
большая доля девочек. Когда кто-то легкомысленно заметил: Должно быть,
что-то в воздухе!
— Дирак добавил после паузы: Или, может быть, в
воде
. Он воспринял выражение в воздухе
не в его условном смысле, но
буквально, увидев возможное применение. Эта тенденция отражается во
многих его работах. Может быть, впервые она проявилась в том, как он
использовал наблюдение Гейзенберга, что квантовые переменные не коммутируют. Самому Гейзенбергу это казалось уродливой чертой формализма. Дирак, наоборот, показал, что это обстоятельство занимает очень важное место в новой теории.
Еще одна характерная особенность Дирака проявилась в истории,
происшедшей в Копенгагене. Друзья заметили, что известный физик Паули слишком быстро набирает вес. Тогда Дирака попросили последить за
тем, чтобы тот не ел слишком много. Паули принял участие в этой игре и
спросил Дирака, сколько кусков сахара он может положить в кофе. Я думаю, одного для вас будет достаточно, — сказал Дирак, добавив чуть погодя: Я думаю, одного достаточно для каждого
. После некоторого дальнейшего размышления: — Я думаю, что куски сделаны таким образом, что
одного достаточно для каждого
.
Такая вера в упорядоченность мира часто отражается в его работах и,
прежде всего, в замечании в статье, показывающей, что магнитный монополь не противоречит известным законам квантовой механики:
Было бы
удивительно, если бы природа не использовала это
.
Когда Дирак рассказывал о своих работах, то слушателям казалось,
что он не столько объясняет существующий мир, а, как творец, создает
свой собственный, красивый, математически строгий. Лишь в конце он
возвращается к реальности. Сравнивая свой мир с миром реальным, Дирак порою сталкивался с такими неожиданностями, которые другие сочли
бы за сокрушительный удар по теории. Но именно это и не было свойственно Дираку. Решающим критерием истины для него была логическая
замкнутость. Так, он никогда не мог смириться с современной ему теорией релятивистских квантовых полей, основанной на методе перенормировок.
После завершения работ по релятивистской квантовой механике Дирак
много путешествовал, побывал в университетах Японии, Советского Союза
ПОЛЬ ДИРАК 549
и Соединенных Штатов. С 1932 года и до ухода в отставку в 1968 году он
был профессором физики в Кембридже После того как Дирак оставил
Кембридж, он был приглашен во Флоридский университет, профессором
которого оставался до конца жизни. В 1973 году Дирак был награжден орденом
За заслуги
Великобритании. Он был избран иностранным членом
американской Национальной академии наук (1949) и членом Папской академии наук (1961)
Дирак скончался в Таллахасси 20 октября 1984 года.
ИГОРЬ ВАСИЛЬЕВИЧ КУРЧАТОВ
(1903—1960)
Игорь Васильевич Курчатов родился 12 января 1903 года в семье помощника лесничего в Башкирии В 1909 году семья переехала в Симбирск В 1912 году Курчатовы перебираются в Симферополь Здесь мальчик поступает в первый класс гимназии
Игорь увлекается футболом, французской борьбой, выпиливанием по
дереву, много читает Ему в руки попала книга Корбино
Успехи современной техники
, которая еще больше усилила его тягу к технике Игорь
стал собирать техническую литературу Мечтая о профессии инженера, он
вместе с товарищами по классу изучает аналитическую геометрию в объеме университетского курса, решая многочисленные математические задачи
Но с каждым годом первой мировой войны материальное положение
семьи становилось все тяжелее Пришлось помогать отцу Игорь работал
на огороде и вместе с отцом ходил на консервную фабрику пилить дрова
Вечерами работал в мундштучной мастерской
Вскоре Игорь поступает в вечернюю ремесленную школу в Симферополе, получает квалификацию слесаря Позже это пригодилось он работал слесарем на небольшом механическом заводе Тиссена
В последних классах гимназии, несмотря на необходимость зарабатывать на жизнь, Игорь успевает много читать художественной литературы
русских и иностранных авторов Об успехах Игоря в гимназии свидетельствуют сохранившиеся аттестаты За последние два года единственным
баллом у Игоря Курчатова была пятерка В 1920 году он окончил гимназию с золотой медалью
ИГОРЬ ВАСИЛЬЕВИЧ КУРЧАТОВ 551
В сентябре того же года он поступил на первый курс физико-матема
тического факультета Крымского университета Здесь он учился настолько хорошо, что в 1923 году завершил четырехлетний курс за три года и
блестяще защитил дипломную работу Молодого выпускника направили
преподавателем физики в Бакинский политехнический институт, но он
решил еще поучиться сам Через полгода Курчатов уехал в Петроград и
поступил сразу на третий курс кораблестроительного факультета политех
нического института Здесь он начинает заниматься исследованиями Весной 1925 года, когда занятия в Политехническом институте закончились
Курчатов уезжает в Ленинград в физико-технический институт в лабораторию знаменитого физика Иоффе
Могучий талант физика-экспериментатора Курчатова расцвел на этой
благодатной почве Уже своими первыми работами Игорь Васильевич за
воевал в институте научный авторитет и вскоре стал одним из ведущих
сотрудников Принятый в 1925 году ассистентом, он получает звание научного сотрудника первого разряда, затем старшего инженера-физика
Наряду с исследовательской работой Курчатов читал специальный курс
физики диэлектриков на физико-механическом факультете Ленинград
ского политехнического института и в Педагогическом институте Блестящий лектор, он владел искусством передавать физический смысл описы
ваемых явлений и пользовался большой любовью молодежи Он часто
рассказывал о результатах своих исследований, пробуждал у молодежи
интерес к науке
Дорожа своими учениками, Абрам Федорович Иоффе никогда не ограничивал их свободы Когда Игорь Васильевич начал работать в Физтехе,
ему было 22 года, а институту
семь лет от роду, и молодость сотрудников
была привычным делом
, — писал Иоффе Поддразнивая, институт называли
детским садом
Курчатов пришелся по душе коллективу своей
молодостью, энтузиазмом, своей работоспособностью, стремлением и
желанием жить общими интересами
Первой печатной работой в лаборатории диэлектриков оказалось исследование прохождения медленных электронов сквозь тонкие металлические пленки Уже при решении этой первой задачи проявилась одна из
типичных черт Игоря Васильевича — подмечать противоречия и аномалии и выяснять их прямыми опытами
Это же свойство, — считает Иоффе, — привело его к открытию сегнетоэлектричества, к поискам механизма выпрямления тока, к изучению
нелинейности токов в карборундовых разрядниках, к изучению предпробойных токов в стеклах и смолах, униполярности токов в солях, а позже к
открытиям в области атомного ядра
Талант Игоря Васильевича особенно проявился при открытии сегнетоэлектричества Некоторые аномалии в диэлектрических свойствах сегнетовой соли были описаны до него В них Курчатов интуитивно заподоз
рил проявление каких-то неизвестных свойств в поведении диэлектриков.
Вместе с Кобеко он обнаружил, что эти свойства аналогичны магнитным
свойствам ферромагнетиков, и назвал такие диэлектрики сегнетоэлектриками. Это название было принято советскими исследователями; за границей явление сегнетоэлектричества называют ферроэлектричеством, что еще
более подчеркивает аналогию с ферромагнетизмом.
Опыты Курчатова проведены исключительно четко. Результаты их
представленные системой кривых, изображавших зависимости эффекта
от силы поля, от температуры, с такой убедительностью демонстрировали
открытие, что к ним почти не требовалось пояснений.
Курчатов исследовал зависимости эффекта от кристаллографического направления, от длительности воздействия электрического поля, от
предыстории. Установлена точки Кюри и открыта нижняя точка Кюри,
спонтанная ориентация кристалла и свойства сегнетовой соли за пределами точек Кюри.
От чистой сегнетовой соли Курчатов и его сотрудники перешли к твердым растворам и сложным соединениям с сегнетоэлектрическими свойствами. В этих исследованиях помимо Кобеко участвовал и брат Игоря
Васильевича — Борис Васильевич Курчатов
, — писал Иоффе.
Таким образом, Курчатовым и его сотрудниками было создано новое
направление в физике.
В 1927 году Игорь Васильевич женится на Марине Дмитриевне Синельниковой, сестре своего друга Кирилла. Он познакомился с ней еще в
Крыму и дружил все эти годы. Она становится его верным другом и помощником. Детей у них не было, и все свое внимание Марина Дмитриевна отдала Игорю Васильевичу, целиком освободив его от мелочей жизни.
Она создала ту атмосферу дружелюбия, которую чувствовали все переступавшие порог их дома. Курчатов работал дома так же интенсивно, как и в
институте. Беседы его были насыщены, трапезы кратки, и приглашенный
к столу гость вдруг неожиданно замечал, что он остался один с приветливой хозяйкой дома, а Игорь Васильевич успел незаметно уйти и уже работает в своем кабинете.
В 1930 году Курчатова назначают заведующим физическим отделом
Ленинградского физико-технического института. И в это время он круто
меняет сферу своих интересов, начав заниматься атомной физикой. В то
время мало кто предполагал, какое важное значение будут иметь эти исследования для обороны страны.
Труд Курчатова и его сотрудников не замедлил принести плоды. Приступив к изучению искусственной радиоактивности, возникающей при
облучении ядер нейтронами, или, как тогда называли, к изучению эффекта Ферми, Игорь Васильевич уже в апреле 1935 году сообщил об открытом
им вместе с братом Борисом и Л.И. Русиновым новом явлении — изомерии искусственных атомных ядер.
ИГОРЬ ВАСИЛЬЕВИЧ КУРЧАТОВ 553
Ядерная изомерия была открыта при исследовании искусственной
радиоактивности брома. Дальнейшие исследования показали, что многие
атомные ядра способны принимать различные изомерные состояния.
В декабре 1936 года появилась важная для понимания природы изомерии атомных ядер теоретическая работа Вейцзеккера. В этой работе предполагалось, что изомерные ядра при одинаковых зарядах и массовых числах отличаются тем, что находятся в разных энергетических состояниях—в основном и в возбужденном.
Указанное предположение требовало экспериментальной проверки. В
лаборатории Курчатова были поставлены опыты, с полной ясностью показавшие, что изомерия действительно обусловлена наличием метастабильных возбужденных состояний атомных ядер. После этого исследования ядерных изомеров начали интенсивно развиваться во многих лабораториях разных стран. Исследование ядерных изомеров в значительной
степени определило развитие представлений о структуре атомного ядра.
Одновременно с
...Закладка в соц.сетях
