От кванта к атомной энергии. Физики-первопроходцы
Покупка
Тематика:
Беллетристика и публицистика
Издательство:
Интеллект
Автор:
Арлюк-Шапиро Владимир
Год издания: 2016
Кол-во страниц: 96
Дополнительно
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
ВЛАДИМИР АРЛЮК-ШАПИРО ОТ КВАНТА К АТОМНОЙ ЭНЕРГИИ ФИЗИКИ-ПЕРВОПРОХОДЦЫ
Â. Àðëþê-Øàïèðî Îò êâàíòà ê àòîìíîé ýíåðãèè. Ôèçèêè-ïåðâîïðîõîäöû: Íàó÷íî-èñòîðè÷åñêîå èçäàíèå / Â. Àðëþê-Øàïèðî – Äîëãîïðóäíûé: Èçäàòåëüñêèé Äîì «Èíòåëëåêò», 2016. – 96 ñ., âêë. ISBN 978-5-91559-210-9 Áèîãðàôè÷åñêèå î÷åðêè î ïèîíåðàõ êâàíòîâîé ôèçèêè, ñâîèìè îòêðûòèÿìè ïîçâîëèâøèõ ÷åëîâå÷åñòâó îñâîèòü ýíåðãèþ àòîìíîãî ÿäðà. Âàæíåéøèå ýòàïû ðàçâèòèÿ ôèçèêè â ÕÕ âåêå ðàñêðûâàþòñÿ ÷åðåç äðàìó òâîðöîâ â ïðåäâîåííîé Åâðîïå. Ìíîãèå èç íèõ ñòàëè êëþ÷åâûìè ó÷àñòíèêàìè àòîìíîãî ïðîåêòà ÑØÀ, ñòðåìÿñü ïðèáëèçèòü ïîáåäó íàä íàöèçìîì. Äëÿ âñåõ, èíòåðåñóþùèõñÿ ôèçèêîé è èñòîðèåé ôèçèêè ÕÕ âåêà. ISBN 978-5-91559-210-9 © 2015, Â. Àðëþê-Øàïèðî © 2015, ÎÎÎ «Èçäàòåëüñêèé Äîì «Èíòåëëåêò», îðèãèíàë-ìàêåò, îôîðìëåíèå
Оглавление Предисловие автора ................................................................................... 4 Часть первая ОТ КВАНТА К АТОМУ Макс Планк – родоначальник квантовой физики ................................... 7 Создатели квантовой физики – участники «5-го Сольвеевского конгресса»..........................................................11 Франк и Герц и их знаменитый опыт .......................................................16 Борн и Штерн – теоретик философ и экспериментатор-сибарит ..........23 Встречи с Бором – великим ученым и человеком ...................................31 Часть вторая РАЗБУДИВШИЕ ЭНЕРГИЮ АТОМА Лизе Мейтнер – женщина, открывшая новую атомную эру ...................41 Нейтронные снаряды Энрико Ферми ......................................................49 Эрнест Лоуренс – разрушитель атомов ....................................................57 Роберт Оппенгеймер – атомный Прометей .............................................66 Лео Сцилард – лично ответственный за судьбу человечества .................72 Ганс Бете – последний гигант ядерной физики XX века .........................81 Клаус Фукс – гуманист и ученый .............................................................86 Приложение...............................................................................................94
Предисловие автора В книге представлены очерки об ученых-пионерах атомного века. Очерки написаны в разное время, некоторые ранее публиковались в периодической печати, другие написаны специально для этого издания. В первой части помещены очерки о создателях квантовой механики и учения о строении атома. Эта часть открывается рассказом об ученом, который впервые ввел в научный обиход понятие кванта – Максе Планке. Далее идет краткий рассказ о пятом Сольвеевском конгрессе – международной конференции по обсуждению фундаментальных проблем физики. На пятый Сольвеевский конгресс съехались все основоположники квантовой теории: Планк, Эйнштейн, Бор, де Бройль, Гейзенберг, Шредингер и Дирак. О знаменитом опыте Франка-Герца, явившимся экспериментальным доказательством дискретности внутренней энергии атома, и об ученых, поставивших его, повествует следующий очерк. «Борн и Штерн» – так озаглавлен очерк о двух замечательных физиках, чьи жизненные пути были тесно переплетены. Борн – теоретик, занимавшийся обоснованием квантовых постулатов, и Штерн, подтвердивший экспериментально квантовые свойства атомов. Заключает первую часть книги небольшая новелла «Встречи с Бором». В этой новелле рассказывается о трех встречах Бора: 1961 г. в Москве с Ландау; 1941 г. в Копенгагене с Гейзенбергом и 1944 г. в Лондоне с Черчиллем. Черты великого гуманиста и ученого ярко проявились в этих встречах. Вторая часть книги посвящена ученым, проложившим непосредственно дорогу к овладению атомной энергией и создавшим атомное оружие. Первый очерк рассказывает о жизненном пути замечательной женщины и выдающегося ученого Лизе Мейтнер, первой теоретически обосновавшей ядерное деление. Далее идут очерки о Энрико Ферми, запустившим первый атомный реактор, Эрнесте Лоуренсе, создавшим первый циклотрон, руководителях американского атомного проекта – Роберте Оппенгеймере, Гансе Бете, Лео Сциларде и, наконец, об одном из главных творцов водородной бомбы, добровольно передавшим её секрет советской разведке, Клаусе Фуксе. Автор благодарен своей жене Рае Шапиро за неоценимую помощь в подготовке рукописи.
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ ОТ КВАНТА К АТОМУ
C чего началась атомная эра, и кто они, отцы-создатели, этой эры? Химики Отто Ган и Фриц Штрассман, открывшие деление ядер урана под действием нейтронов, блистательный физик Лизе Мейтнер, первая осознавшая суть открытия Гана и Штрассмана, и буквально заставившая своего племянника Отто Фриша провести 15 января 1939 года первый целенаправленный эксперимент по делению ядер урана – эксперимент, с которого начался атомный век? Или выдающийся физик Энрико Ферми, впервые 2-го декабря 1942 года осуществивший цепную управляемую ядерную реакцию? Нет, все было значительно раньше. Более чем 100 лет назад 14 декабря 1900 года на заседании Немецкого физического общества Макс Планк впервые выдвинул идею о том, что испускание и поглощение энергии атомами и молекулами происходит не непрерывно, как считалось до этого, а дискретно – определенными порциями, или квантами. Тогда же Планк ввел константу h , которую он назвал «элементарным квантом действия», и которая впоследствии стала носить его имя. Эта константа входит в число нескольких фундаментальных констант, численное значение которых определяет существование нашего мира. Энергия, излучаемая и поглощаемая атомом, всегда кратна кванту энергии – hν. С открытия Макса Планка началась атомная эра. Квант энергии стал символом современной физики. (В 1993 году автору этих строк, много лет тому назад кончившему московский Физтех, прислали из Москвы новый значок выпускника этого Макс Планк – родоначальник квантовой физики
Часть первая. От кванта к атому «русского Кембриджа» – на голубом диске золотого цвета стилизованные буквы – hν). Открытие Планка привело к расцвету физики. У талантливых молодых людей возник интерес к занятиям физикой. Лизе Мейтнер – знаменитой (более знаменитой была разве что Мария Кюри-Склодовская) и выдающейся женщине-физику было тридцать лет, когда в 1908 году она начала работать в Берлинском университете и изучать теоретическую физику под руководством Макса Планка. А блистательный Энрико Ферми в 1901 году только родился, и начало его научной деятельности совпало с эпохой становления квантовой теории атома. В начале двадцатых годов Ферми провел около года в лаборатории Макса Борна в Геттингене, где собрались в то время главные творцы квантовой механики. Отто Фриш с 1934 года работал в Копенгагене у великого Нильса Бора, того самого, который построил «атом Бора». Помните знаменитые строчки из сборника «Физики шутят»: Вот атом, который построил Бор. Это – протон, Который в центр помещен Атома, который построил Бор. Вся атомная физика произошла из открытия Макса Планка. Оно принесло его автору не только удовлетворение и радость, но и сомнения и даже некоторые душевные страдания. «Сегодня я сделал столь же важное открытие, как и открытие Ньютона» – сказал Планк своему сыну в один из декабрьских дней 1900 года. Ему тогда было 42 года. Зрелость. В его семье преобладали юристы, ученые, богословы. «О происхождении Планка, о всех этих людях – прекрасных, достойных, неподкупных, благородных и великодушных, отдавших себя служению церкви и государству – необходимо помнить каждому, кто захочет понять характер Макса Планка и истоки его успеха» – к этой характеристике предков Планка можно было бы относится с некоторой осторожностью, если бы они были написаны немецким биографом. Собственно они и написаны немецким ученым, но евреем по происхождению, изгнанным в 1933 году из Германии – выдающимся физиком, одним из создателей квантовой механики, лауреатом Нобелевской премии Максом Борном. Биографический очерк о Максе Планке Борн написал в 1948 году, спустя год после смерти Планка, через три года после победы над гитлеризмом, когда было уже достаточно времени скорректировать оценки и людей и событий. Во время прихода фашистов к власти Планк продолжал исполнять обязанности президента института кайзера Вильгельма, должность, на которую он был назначен в 1930 году. У него сохранялась надежда спасти немецкую науку от полного уничтожения. Известно, что Планк лично обращался к Гитлеру по поводу судьбы своих еврей
Макс Планк – родоначальник квантовой физики ских коллег: своего ассистента Лизы Мейтнер и Фрица Габера, автора метода получения азота из воздуха. После провала этих попыток Планк перестал докучать властям. Однако, как пишет Борн, не было никаких сомнений в его истинных чувствах, и нацисты знали об этом. Идеал ученого, по мнению Эйнштейна,– поиск истины. «Этот идеал – писал Эйнштейн – вечная связь, объединяющая ученых всех времен и стран, на редкость совершенно отражен в личности Макса Планка». Сам Планк так говорил о начале своей деятельности: «С юности меня вдохновило на занятие наукой то – вовсе не очевидное обстоятельство, что наши законы мышления подчинены закономерностям, имеющим место в процессе получения впечатлений от внешнего мира, и, таким образом, представляют каждому возможность получать информацию об этих закономерностях при помощи чистого мышления. Наиболее важно здесь то, что внешний мир представляет собой нечто независимое от нас, абсолютное, чему мы противостоим, а поиск законов, которые управляют этим абсолютным, казался мне самым заманчивым занятием в жизни». Планк начал заниматься теоретической физикой, когда, казалось бы, все основные открытия были уже сделаны. Когда он пришел к профессору Жолли и сказал, что хочет посвятить себя развитию теоретической физики, тот ответил: «Молодой человек, зачем вы хотите испортить себе жизнь, ведь теоретическая физика уже, в основном, закончена... Стоит ли браться за такое бесперспективное дело?» И тем не менее... Детище Планка превзошло его ожидания и начало господствовать в физике. Однако, эта наука стала развиваться в направлении, противоположном собственным убеждениям Планка. Причинность и строгий детерминизм физических явлений ставились под сомнение его молодыми коллегами, продолжателями его дела. Планк много сил потратил на попытки опровергнуть собственное открытие. Он неоднократно пытался объяснить результаты экспериментов по электромагнитному излучению в рамках классических традиций, но безуспешно. Добросовестность ученого заставляла его примириться с новой теорий, родоначальником которой он оказался в силу своего упорного стремления познать истину. Он, как и Эйнштейн, не мог поверить в вероятностный характер квантовой физики. Но не только это объединяло двух великих физиков. Планк первым оценил теорию относительности и гениальные способности его автора. По его инициативе Эйнштейна пригласили на должность директора института кайзера Вильгельма в Берлине. С этим предложением (вместе с Вальтером Нерстом, также выдающимся ученым – химиком) Планк приехал в Цюрих, где Эйнштейн занимал кафедру теоретической физики в Политехникуме. Эйнштейн попросил немного времени, чтобы подумать. Планк и Нерст согласились еще раз приехать в Цюрих. При этом ученые договорились сыграть в некую игру. Если Эйнштейн встретит Планка и Нерста с красными цветами, значит, он согласен переехать в Берлин, если с белыми – остается в Цюрихе.
Часть первая. От кванта к атому Как известно, Эйнштейн решился поменять тихий, удобный и спокойный Цюрих на чопорный, официальный и шумный Берлин. Берлин, который не без усилий Планка, стал центром физической мысли. Из двенадцати ученых, понимавших в то время теорию относительности, восемь жили в Берлине. С этого времени Планк и Эйнштейн встречались регулярно. Между ними возникли дружеские отношения, несмотря на то, что они были очень разными – и по происхождению, и по характеру, по манере одеваться, наконец. Кроме любви к науке и познанию истины их связывало увлечение музыкой. Они часто играли вместе, Планк на фортепиано, а Эйнштейн на скрипке. И еще одно общее качество было у великих физиков – они оба были весьма непритязательны в житейском плане. Духовность, одержимость наукой и занятие альпинизмом (почти каждый свой отпуск он проводил в Альпах) позволили сохранить Планку хорошее здоровье до глубокой старости. Он умер за несколько месяцев до своего девяностолетия 4-го октября 1947 года. На его могильной плите выбиты только имя, фамилия и численное значение постоянной Планка. При жизни Макс Планк получил практически все почести, которые могут воздаться ученому. Его величие было признано его современниками. «Согласится ли с этим потомство?» – спрашивает Макс Борн в 1948 году и продолжает: «Мы, свидетели гигантского преобразования науки, которое произвело его открытие менее чем полвека назад, – не сомневаемся в этом». А что сегодня, когда с момента открытия Планка прошло уже сто лет?
Создатели квантовой физики – участники «5-го Сольвеевского конгресса» Первый Сольвеевский конгресс проводился в 1911 году. На фотографии участников конгресса ведущие ученые XX века. Среди них: Вальтер Нернст, Марсель Бриллюэн, , Хендрик Лоренц, Мария Кюри, Анри Пуанкаре, Макс Планк, Арнольд Зоммерфельд, Эрнест Резерфорд, Хейке Камерлинг-Оннес, Альберт Эйнштейн, Поль Ланжевен – ученые, имена которых врезались в память еще со студенческой скамьи. Как минимум 18 человек из них уже получили или после этого получат Нобелевскую премию по физике. Эйнштейн на этой фотографии самый молодой человек. Ему тогда было 32 года. Третий слева сидит Эрнест Сольве – промышленник из Бельгии. Он пригласил известных людей для того, чтобы обсудить свои идеи. Но они не тратили слишком много времени на обсуждение его идей. Они обсуждали то, что было потрясающим в физике на тот день. Это была конференция, где приглашенные ученые свободно обсуждали свои идеи и гипотезы. На протяжении следующих 16 лет, в течение которых разрабатывалась квантовая теория, Сольвеевские конференции играли очень важную роль. Первая конференция была посвящена теории радиации и излучения квантов, света. Вторая — структуре вещества, затем атомам и электронам, свойствам металлов. И, в конце концов, самая знаменитая из Сольвеевских конференций состоялась после того, как квантовая механика уже оформилась как наука, объясняющая строение атомов. Это конференция 1927 года.