Читать онлайн «Великие открытия и люди. 100 лауреатов Нобелевской премии XX века». Страница 13

В 1921 году, закончив докторскую диссертацию по теории молекулы водорода и получив докторскую степень в кратчайшие для университета сроки, Паули отправился в Гёттинген, где занялся научными исследованиями совместно с Максом Борном и Джеймсом Франком. В конце 1922 года он в Копенгагене работает в качестве ассистента у Нильса Бора. Работа под руководством Зоммерфельда, Борна, Франка и Бора пробудила у Паули интерес к новой области физики – квантовой теории, которая занималась изучением атома и субатомных частиц, и он полностью погрузился в проблемы, встававшие перед физиками в этой области.

Особенно сложной представлялась ядерная модель атома, по которой электроны вращались по орбитам вокруг центрального ядра. Согласно принципам классической физики, вращающиеся по орбитам электроны должны непрерывно испускать электромагнитные излучения, теряя при этом энергию и приближаясь по спирали к ядру. В 1913 году Нильс Бор предположил свою модель, которая частично основывалась на изучении атомных спектров.

Но модель Бора имела существенные недостатки, которые помогли Паули в дальнейшем внести свой значительный вклад в квантовую теорию. Он усовершенствовал модель Бора.

Паули сформулировал закон, который стал известен как принцип запрета Паули и согласно которому никакие два электрона в системе не могут иметь одинаковые наборы квантовых чисел. Так, каждая оболочка в атоме может содержать лишь ограниченное число электронных орбит, определяемых допустимыми значениями квантовых чисел.

Принцип запрета Паули играет фундаментальную роль для понимания строения и поведения атомов, атомных ядер, свойств металлов и других физических явлений. Он объясняет химическое взаимодействие элементов и их прежде непонятное расположение в периодической системе. Сам Паули использовал принцип запрета для того, чтобы понять магнитные свойства простых металлов и некоторых газов.

Вскоре после того, как Паули сформулировал свой принцип запрета, квантовая теория получила солидное теоретическое обоснование благодаря работам Эрвина Шрёдингера, Вернера Гейзенберга и П.А.М. Дирака. Теоретический аппарат, использованный ими для описания атомных и субатомных систем, стал называться квантовой механикой. Атомная модель Бора была заменена квантовомеханической моделью, которая успешнее предсказывала спектры и другие атомные явления. Что касается достижений Паули, то они позволили распространить квантовую механику на такие области, как физика частиц высокой энергии и взаимодействие частиц со светом и другими формами электромагнитных полей. Эти области стали известны как релятивистская квантовая электродинамика.

В 1945 году Паули был награжден Нобелевской премией по физике «за открытие принципа запрета, который называют также принципом запрета Паули».

С именем Паули связано такое фундаментальное понятие квантовой механики, как спин элементарной частицы; он предсказал существование нейтрино.

В мае 1929 Паули отлучился от католической церкви. В декабре того же года женился на Кете Маргарете Деппнер. Брак был несчастливым и закончился разводом в 1930 году. Паули женился снова в 1934 на Францизке Бертрам. Детей не имели.

В 1958 году Вольфганг Паули умер от рака в Цюрихе.

Паули внёс существенный вклад в современную физику, особенно в области квантовой механики. Он редко публиковал свои работы, предпочитая этому интенсивный обмен письмами со своими коллегами, в особенности с Нильсом Бором и Вернером Гейзенбергом, с которыми он крепко дружил. По этой причине многие из его идей встречаются только в этих письмах, которые часто передавались далее и копировались. Паули, судя по всему, мало заботило то, что по причине малого числа публикаций большая часть его работ была почти не известна широкой общественности.

В области физики Паули был известен как перфекционист. При этом он не ограничивался только своими работами, но и безжалостно критиковал ошибки своих коллег. Он стал «совестью физики», часто отзывался о работах как о «совсем неверных», либо комментировал примерно так: «Это не только неправильно, это даже не дотягивает до ошибочного!»

Кроме Нобелевской премии, Паули был награжден медалью Франклина Франклиновского института и медалью Макса Планка Германского физического общества. Он был членом Швейцарского физического общества, Американского физического общества, Американской ассоциации фундаментальных наук, а также иностранным членом Лондонского королевского общества.

Джон Дуглас Кокрофт родился в Тодмордене, Йоркшир. Он был старшим из пяти сыновей Джона Артура Кокрофта и Мод (Филден) Кокрофт.

Его отец был владельцем небольшой хлопкопрядильной фабрики, и трое из его братьев пошли по стопам отца, поскольку их семья занималась этим бизнесом уже пять поколений. Однако Джон, блестящий ученик и спортсмен, получил в 1914 году стипендию для обучения в Манчестерском университете.

В Манчестере Кокрофт начал изучать математику и посещать лекции физика Эрнеста Резерфорда, который к тому времени уже получил признание за свои работы по радиоактивности и строению атома.

Это было время, когда перед математиками и физиками встало множество серьезных проблем.

В 1896 году Анри Беккерель открыл радиоактивность. Только начала осмысливаться учеными теория относительности Альберта Эйнштейна, опубликованная в 1905 году. Но разразилась первая мировая война, и в 1915 году, после года занятий в университете, Кокрофт вступил в добровольческое формирование Ассоциации молодых христиан. На военную службу его призвали в этом же году. До своего выхода в запас в 1918 году он воевал на Западном фронте и продвинулся по службе от сигнальщика до офицера Королевской полевой артиллерии.

Вернувшись в Манчестер, Кокрофт стал заниматься электротехникой, и за эти работы получил степень магистра в 1922 году. Уже в 1924 году получил с отличием степень бакалавра.

Совместно с русским физиком Петром Капицей он разработал трансформаторные обмотки для получения интенсивных магнитных полей. Он также исследовал поверхностные пленки, полученные с помощью атомных пучков.

С Эрнестом Уолтоном, своим коллегой по Кавендишской лаборатории, Кокрофт разработал основанную на прямом методе установку. С помощью этой установки Кокрофт и Уолтон в апреле 1932 года бомбардировали литий ядрами водорода, или протонами. Они превратили литий и водород в гелий, став тем самым первыми учеными, которым удалось искусственно расщепить атом.

После открытия искусственных радиоактивных элементов Фредериком Жолио и Ирен Жолио-Кюри Кокрофт и Уолтон показали, что они могут также получать такие элементы, облучая бор и углерод ядрами водорода.