Биографический справочник

Биографический справочник

Джеймс Клерк Максвелл (1831–1879)

Выдающийся шотландский физик-теоретик родился в Эдинбурге и происходил из старинного дворянского рода. Учился в Эдинбургском и Кембриджском университетах, где впоследствии занимал должность профессора кафедры экспериментальной физики. Первыми исследованиями Максвелла стали теория цвета и цветного зрения, где ему удалось показать, что вся гамма видимых цветов может быть получена при смешении трех основных тонов, включая красный, желтый и синий. На основании своих исследований Максвелл изобрел один из способов цветной фотографии и объяснил природу дальтонизма. Занимаясь теоретической астрономией, он предсказал структуру колец Сатурна и обосновал, почему они не могут быть жидкими, как считалось раньше, а должны, скорее всего, состоять из твердых частиц и фрагментов планетного вещества.

Важнейшим его вкладом в науку является создание математической основы теории электромагнетизма, хотя сам Максвелл так и не дожил до безоговорочного признания своей замечательной теории. Окончательно волновую природу света и правильность уравнений Максвелла подтвердили только опыты Генриха Герца в 1888 г., а до этого многие физики, включая самого Герца, с большой настороженностью относились к столь необычной для того времени теории.

Кроме всего прочего, Максвелл внес громадный вклад в становление молекулярной физики и статистической механики, выведя распределение молекул газа по скоростям как фундаментальную основу молекулярно-кинетической теории вещества.

Оливер Хевисайд (1850–1925)

Выдающийся английский инженер-электрофизик родился в Лондоне в семье Томаса Хевисайда – гравера и художника. В раннем детстве переболел скарлатиной и потерял слух, поэтому, несмотря на школьные успехи, оставил учебу в 16 лет и самостоятельно освоил основы телеграфии и электротехники, а также немецкий и датский языки.

В 1868 г. Оливер устраивается в Дании телеграфистом и через три года возвращается в Англию на должность старшего телеграфиста в Большой северной телеграфной компании. В 1872 г. он публикует первые работы по электричеству, серьезно заинтересовавшие Джеймса Максвелла, упомянувшего о них во втором издании «Трактата об электричестве и магнетизме». Это вдохновляет Хевисайда на дальнейшие исследования, и в 1874 г. он оставляет службу, чтобы заниматься исключительно научными изысканиями. В этот период Хевисайд разработал теорию линий передачи со своими знаменитыми «телеграфными уравнениями», доказав, что равномерно распределенная емкость телеграфной линии одновременно минимизирует затухание и искажение сигнала. В 1880 г. он исследовал скин-эффект в телеграфных линиях передачи и переработал уравнения Максвелла в терминах векторного анализа из 20 уравнений с 12-ю переменными, вместо четырех, описывающими движение заряженных частиц и магнитных диполей с электромагнитной индукцией.

В 1880-х гг. Хевисайд разработал основы операционного исчисления, сведя решение дифференциальных уравнений к обыкновенным алгебраическим. В 1887 г. предложил особые катушки индуктивности для коррекции искажений сигналов в трансатлантическом телеграфном кабеле. В 1888–1889 гг. вычислил деформацию электрического и магнитного полей вокруг движущегося заряда в различных средах, предсказав излучение Вавилова – Черенкова, и предвосхитил понятие релятивистского сокращения Лоренца – Фицджеральда. В 1889 г., после открытия Д. Д. Томсоном электрона, разработал концепцию электромагнитной массы.

В 1891 г. за вклад в математическое описание электромагнитных явлений был принят в Королевское общество, а в 1905 г. стал почетным доктором Геттингенского университета.

В 1902 г. Хевисайд теоретически предсказал существование в ионосфере проводящего слоя, позволяющего передавать радиосигналы в обход кривизны земной поверхности. Будучи всю жизнь не в ладах с научным сообществом, в последние годы ученый стал весьма эксцентричен, подписывая письма инициалами W. O. R. M (червь) и используя гранитные глыбы вместо домашней мебели. Скончался в Торки, графство Девоншир. Окончательное признание пришло к нему посмертно.

Антуан Анри Беккерель (1852–1908)

Видный французский физик и химик родился 15 декабря 1852 г. в семье известного физика Александра Эдмонда Беккереля, получившего широкую известность благодаря своим исследованиям фосфоресценции и флуоресценции. Крупным ученым в свое время был и дед Анри Антуан Сезар Беккерель, также занимавшийся проблемой фосфоресценции. Все три поколения Беккерелей проживали в доме знаменитого французского натуралиста и естествоиспытателя Ж. Л. Кювье (1769–1832), принадлежащем Национальному музею естественной истории. Именно в этом доме Беккерель и сделал свое выдающееся открытие, отмеченное на мемориальной доске на фасаде здания, гласящей: «В лаборатории прикладной физики Анри Беккерель открыл радиоактивность 1 марта 1896 г.». Анри учился в лицее, затем в Политехнической школе, по окончании которой работал инженером в Институте путей сообщения. Но вскоре его постигло горе: умерла его 20-летняя жена, и молодой вдовец с сыном Жаном, будущим четвертым физиком Беккерелем, переезжает к отцу в Музей естественной истории. Сначала он работает репетитором Политехнической школы, а с 1878 г., после смерти деда, становится ассистентом своего отца.

В 1888 г. Беккерель защищает докторскую диссертацию и ведет вместе с отцом разностороннюю научную работу. Через год его избирают в Парижскую академию наук, а с 1892 г. он становится профессором Национального музея естественной истории.

В 1903 г. вместе с четой Кюри Беккерель стал лауреатом Нобелевской премии по физике «за открытие радиоактивности». В июне 1908 г. Академия избрала его непременным секретарем физического отделения, а 25 августа того же года Беккерель неожиданно умер.

Хендрик Антон Лоренц (1853–1928)

Родился в Арнеме, его отец содержал ясли – интернат для младенцев, а мать умерла, когда ему исполнилось всего четыре года. В средней школе Арнема Лоренц получал только отличные оценки по всем предметам и легко поступил в Лейденский университет, после окончания которого некоторое время работал преподавателем. В 1875 г. он защитил докторскую диссертацию, посвященную применению теории электромагнетизма Максвелла для объяснения отражения и преломления световых волн. С 1878 по 1913 г. занимал должность профессора Лейденского университета, а с 1913 г. – директора физического кабинета Естественнонаучного музея в Гарлеме.

Исследования Лоренца касались в первую очередь электродинамики, статистической физики, оптики, теории излучения и атомной физики. Одним из его важнейших достижений было создание в 1880–1909 гг. классической электронной теории, при этом он использовал электромагнитную теорию Максвелла, подходя к учению об электричестве с атомистических позиций. Еще одним из значительных научных успехов Лоренца было предсказание расщепления спектральных линий в магнитном поле, которое подтвердил и исследовал Питер Зееман. В 1902 г. Лоренц стал лауреатом Нобелевской премии по физике «за работы по исследованию влияния магнетизма на электромагнитное излучение». Этот эффект сыграл важную роль в развитии атомной теории, наглядно демонстрируя, что испускание света атомами связано с движением их электронов.

В 1892 г. Лоренц попытался объяснить отрицательный результат опыта Майкельсона – Морли по определению скорости движения Земли относительно неподвижного мирового эфира и выдвинул гипотезу о сокращении линейных размеров тел в направлении их движения. В 1904 г. им было получен ряд формул, связывающих координаты и время для одного и того же события в двух разных инерциальных системах отсчета, получивших название «преобразования Лоренца». В последующем он также вывел формулу, связывающую массу электрона со скоростью его движения.

Среди прочих достижений Лоренца надо отметить определение силы, действующей на заряд, движущийся в электрическом поле (сила Лоренца), создание теории дисперсии света, вывод зависимости диэлектрической проницаемости от плотности вещества и электропроводности – от теплопроводности, а также соотношение между показателем преломления и плотностью среды. Менее известны работы Лоренца по электронной теории металлов и кинетической теории газов.

Джозеф Джон Томсон (1856–1940)

Выдающийся британский физик, родился в семье букиниста-антиквара 18 декабря 1856 г. в пригороде Манчестера Читем-Хилле, где закончил Оуэн-колледж, после чего поступил в Кембриджский университет. В 1876–1880 гг. он учился в знаменитом колледже святой Троицы (Тринити-колледже), где когда-то профессорствовал сам Исаак Ньютон. В январе 1880 г. Томсон успешно сдал выпускные экзамены и был принят на работу в Кавендишскую лабораторию ее директором Джоном Уильямом Стреттом (лордом Рэлеем). При Рэлее значительно увеличилось число преподавателей и студентов, занимавшихся научными исследованиями, а лаборатория пополнилась многими приборами за счет пожертвований директора и его сподвижников.

После отставки Рэлея Томсон стал одним из самых молодых профессоров Кавендишской лаборатории. В следующем году появились две его работы, из которых одна положила начало электромагнитной теории массы. Статья называлась «Об электрических и магнитных эффектах, производимых движением наэлектризованных тел». В ней выражена мысль, что «эфир вне заряженного тела является носителем всей массы, импульса и энергии». С увеличением скорости изменяется характер поля, в силу чего вся эта «полевая» масса возрастает, оставаясь все время пропорциональной энергии. Научные успехи Томсона были высоко оценены Рэлеем, и, уходя в 1884 г. с поста директора лаборатории Кавендиша, он, не колеблясь, рекомендовал его в качестве своего преемника.

22 декабря 1884 г., после отставки Рэлея, 27-летний Томсон был выдвинут советом избирателей на должность третьего профессора Кавендишской лаборатории. Он тут же начал формировать Кавендишскую библиотеку, ядро которой с 1887 г. составило значительное число книг Максвелла. В 1890 г. при активном содействии Томсона для наиболее одаренных студентов-исследователей из средств, завещанных университету, миссис Максвелл учредила Максвелловскую стипендию, которая давалась на три года.

В 1888 г. Томсон основал классы-практикумы для медиков, что резко увеличило число студентов, работавших в лаборатории. Временно пришлось перевести медицинские классы в старые комнаты-анатомички до тех пор, пока в 1896 г. не был открыт южный флигель лаборатории. В 1895 г. по инициативе Томсона в Кембридже произошла реформа, согласно которой специальная комиссия стала принимать на практику выпускников других университетов после всестороннего тестирования их способностей проводить научные исследования. Через два года работы в Кембридже они получали степень бакалавра и удостоверение исследователя. Студенты из всех стран мира приезжали в Кембридж. Среди них были Резерфорд из Новой Зеландии, Таунсенд из Ирландии, Ланжевен из Франции, Вильсон из Австралии и многие другие. Значительное увеличение числа исследователей из других стран потребовало очередного расширения лаборатории, которое в 1906 г. осуществил на свои средства Рэлей. За счет них было достроено левое крыло Кавендишской лаборатории.

Одновременно с увеличением ее материальной базы по инициативе Томсона происходило совершенствование методов обучения. Так, в 1884 г. выходит «Практическая физика» кембриджских профессоров Глазебрука и Шоу, а в 1896 г. в университетской типографии издаются «Записки лаборатории по элементарной практической физике». Эти книги обобщили ценный опыт Кавендишской лаборатории по проведению практических занятий, посвященных общей физике, и стали главным руководством для студентов-исследователей, наиболее важным в работе с которыми Томсон считал поддержание творческого энтузиазма. В послании Британской ассоциации он с убежденностью констатировал, что отсутствие энтузиазма – наиболее частая причина неудач. Томсон также предупреждал всех работающих для продвижения науки о тормозящем действии на энтузиазм затянувшегося курса академического обучения. Эта идея Томсона претворялась в жизнь всей деятельностью лаборатории.

В 1893 г. Томсон организовал Кавендишское физическое общество, на заседаниях которого обсуждались статьи, готовившиеся к публикации. Такие дискуссии помогали студентам разрешать некоторые неясности, стимулировали их интерес к исследованиям, а лаборатория стала признанной международной школой физической науки.

В 1895 году Томсон инициировал административно-учебную реформу, после которой в Кавендишской лаборатории стали стажироваться выпускники из других университетов. Под председательством Томсона была создана специальная экспертная комиссия, которая тщательно определяла способности соискателей на научную работу в лаборатории. После двух-трех лет успешной работы в Кембридже они получали степень бакалавра-исследователя. Студенты съезжались из всех стран мира, и среди них были Э. Резерфорд из Новой Зеландии, Таунсенд из Ирландии, Ланжевен из Франции, П. Капица из России, Н. Бор из Дании, Ч. Вильсон из Австралии и многие другие.

За 35 лет бессменного руководства Кавендишской лабораторией Томсон создал блестящую школу физиков, из которой многие стали членами Королевского общества Великобритании и национальных академий, а пятеро даже Нобелевскими лауреатами: Чарльз Вильсон, Эрнст Резерфорд, Чарльз Баркла, Френсис Астон, Джордж Томсон (сын ученого).

Научные интересы самого Томсона были сосредоточены на изучении прохождения тока через разреженные газы, исследовании катодных и рентгеновских лучей. В мае 1897 г. он публикует работу «Катодные лучи», где утверждалось, что заряженные «корпускулы» по меньшей мере в 1000 раз легче легчайшего атома водорода. Обретя количественные характеристики, электрон оказывался теперь полноправной составляющей материального мира.

Часть историков науки даже полагает, что Томсону в чем-то удалось предвосхитить идею об эквивалентности массы и энергии, которая была одним из важнейших следствий теории относительности Эйнштейна.

Пьер Кюри (1859–1906)

Выдающийся французский физик, химик и кристаллофизик родился в Париже в семье врача. Получил домашнее образование. Еще в юности выявил незаурядные способности и 16 лет сдал экзамен на звание бакалавра, поступив на физико-математическое отделение Сорбонны. Тогда же стал работать в Фармацевтическом институте, в лаборатории профессора Леру, и уже в 18 лет защитил первую ученую степень лиценциата физических наук. С 1878 г. Пьер пять лет занимал должность ассистента на физико-математическом факультете Парижского университета. В этот период он вместе с братом Жаком Кюри (1855–1941) начинает исследование кристаллов, и они открывают пьезоэлектричество. В 1880 г. выходит статья Пьера и Жака Кюри «Образование полярного электричества под действием давления в гемиэдрических кристаллах с косыми гранями», в которой содержится вывод: «Какова бы ни была причина, всякий раз, когда гемиэдрический кристалл с косыми гранями сжимается, возникает электрическая поляризация определенного направления; всякий раз, когда этот кристалл растягивается, выделение электричества происходит в противоположном направлении».

Позже братья Кюри открыли обратный эффект деформации кристаллов под действием приложенного электрического напряжения. Это открытие имело самое прикладное значение. И еще братья Кюри, изучая электрические деформации кварца, создали устройство для измерения слабых электрических токов и зарядов на основе пьезокварца. Впоследствии он применялся для генерации ультразвука и стабилизации электрических колебаний в кварцевых генераторах. В это же время Пьер Кюри выполнил ряд важных теоретических работ о законах кристаллической симметрии В 1883 г. он был назначен руководителем экспериментальных физических исследований в парижской Школе промышленной физики и химии.

В 1891 г. от кристаллографических исследований минералогических симметрий Пьер Кюри перешел к опытам по магнетизму и в итоге четко разделил диамагнитные и парамагнитные явления по их зависимости от температуры. Изучая ее влияние на ферромагнетизм, он определил «точку Кюри» – температуру, выше которой ферромагнитные вещества превращаются в парамагнитные, а также открыл «закон Кюри», согласно которому магнитная восприимчивость парамагнетиков прямо пропорциональна магнитному полю и обратно пропорциональна температуре. В 1984 г. он сформулировал «принцип Кюри», согласно которому кристалл под влиянием внешнего воздействия (механического, электрического и др.) изменяет свою симметрию таким образом, что сохраняются лишь элементы симметрии, общие с элементами симметрии воздействия. Результаты всех этих исследований вошли в докторскую диссертацию Пьера Кюри, которую он блестяще защитил на математико-естественном факультете Парижского университета.

В 1895 г. состоялось бракосочетание Пьера Кюри и Марии Склодовской, занимавшейся тогда исследованиями радиоактивности. С 1897 г. они начинают совместные исследования, и после трех лет кропотливого труда в апреле 1898 г. Пьер сделал сообщение в Парижской академии наук о присутствии в окиси урана нового высокорадиоактивного элемента. В том же году супругами Кюри были открыты полоний и радий.

В 1903 г. они стали Нобелевскими лауреатами «за исследование радиоактивности», а вскоре Пьер Кюри занял кафедру физики естественно-математического факультета Парижского университета.

19 апреля 1906 г. Пьер Кюри трагически погиб под колесами конной телеги, возвращаясь с собрания Ассоциации преподавателей точных наук. Мария Склодовская-Кюри написала в некрологе: «Угас один из тех, кто был истинной славой Франции».

Мария Склодовская-Кюри (1867–1934)

Родилась в Варшаве в семье преподавателя. Получив хорошую домашнюю подготовку, окончила гимназию с золотой медалью.

В 1891 г. поступила на физико-математический факультет Сорбонны и в 1893–1894 гг. получила первые научные степени лиценциата физических и математических наук. Тогда же выполнила свою первую научную работу по теме «Магнитные свойства закаленной стали». Развивая эту тематику, она перешла в Школу промышленной физики и химии, где встретилась со своим будущем супругом Пьером Кюри. Совместно они выделили и открыли несколько новых радиоактивных элементов, став нобелевскими лауреатами 1903 г. «за исследование радиоактивности». После трагической гибели в 1906 г. Пьера Кюри Мария приняла его кафедру в Парижском университете, а 13 мая 1906 г. стала первой женщиной-профессором знаменитой Сорбонны. Там она впервые в мире начала читать уникальный для того времени курс лекций по физике, химии и методам исследования радиоактивности.

В 1911 г. Мария Склодовская-Кюри становится первым дважды лауреатом Нобелевской премии, получив премию по химии: «В знак признания ее вклада в развитие химии, который она внесла открытием элементов радия и полония, определением свойств радия и выделением радия в металлической форме, и, наконец, за ее эксперименты с этим элементом».

Перед самой Первой мировой войной в Париже был открыт Институт радия, где Мария Склодовская-Кюри успешно работала со своей дочерью Ирен и зятем Фредериком Жолио. Во время войны она разрабатывала рентгеновские установки для военных госпиталей.

Длительное неосторожное обращение с радиоактивными препаратами привело к тому, что Мария Склодовская-Кюри заболела тяжелой формой лейкемии, которая вызвала ее безвременную кончину 4 июля 1934 г.

Герберт Джордж Уэллс (1866–1946)

Родился в Бромли, графство Кент, в семье мелкого лавочника. После окончания школы продолжил образование в Педагогическом колледже в Лондоне. Именно там он учился у известного биолога Томаса Гексли, оказавшего сильное влияние на будущего писателя. Известность пришла к Уэллсу в 1895 г. после публикации его первого романа «Машина времени». Затем последовали «Остров доктора Моро» (1895), «Человек-невидимка» (1897) и «Война миров» (1898).

В эти годы Уэллс начал беспокоиться за судьбу человеческого общества в мире, где технологии и научное развитие продвигаются очень быстро. В течение этого периода он был членом общества фабианцев (группа социальных философов в Лондоне, выступавших за осторожность и постепенность в политике, науке и общественной жизни).

В 1920 г. Уэллс издал социально-исторический труд «Краткая история мира», затем последовали научная работа «Наука жизни» (1929–1939), написанная в сотрудничестве с сэром Джулианом Хукслеем и однофамильцем Джорджем Филиппом Уэллсом, и мемуары «Опыт автобиографии» (1934). К этому времени Уэллс приобрел уже всемирную известность и продолжал много писать. В 1917 г. он стал членом Исследовательского комитета при Лиге Наций и издал несколько книг о мировой организации. В начале 20-х гг. Уэллс включился в политическую деятельность и баллотировался в парламент от партии лейбористов. Между 1924 и 1933 гг. он жил главным образом во Франции. В 1934 г. он вернулся в Англию. В том же году его избрали президентом международного Пен-клуба, объединявшего в то время всех значимых писателей и журналистов, и он оставался в этой должности до самой смерти. Уэллс был убежден, что западные социалисты не могут идти на компромисс с коммунизмом и что надежда на лучшее будущее связана с Вашингтоном. В книге «Святой террор» (1939) Уэллс описал психологическое развитие современного диктатора, иллюстрируемое карьерами Сталина, Муссолини и Гитлера.

Уэллс прожил всю Вторую мировую войну в своем доме в Регент-парке, отказываясь покидать Лондон даже во время бомбежек. Его последняя книга «Ум на грани» (1945) наполнена пессимизмом относительно будущего человеческой цивилизации.

Арнольд Иоганн Вильгельм Зоммерфельд (1868–1951)

Немецкий физик-теоретик, член-корреспондент Берлинской академии наук.

Родился в Кенигсберге, в 1891 г. закончил Кенигсбергский университет и начал работать в Геттингенском университете. Профессор математики Горной академии в Клаустале (с 1897 г.), Высшего технического училища в Ахене (1900), Мюнхенского университета (с 1906 г.). Основные работы связаны с квантовой теорией атома, спектроскопией, квантовой теорией металлов, теоретической и математической физикой.

На основе электромагнитной теории Максвелла Зоммерфельд получил в 1894 г. строгое решение для задачи оптической дифракции при экране в виде бесконечной, прямолинейно ограниченной полуплоскости, а в 1909 г. нашел корректное решение задачи об излучении вертикального диполя, находящегося на границе двух сред. В квантовой физике, исходя из модели атома Бора – Резерфорда, Зоммерфельд уточнил теорию возникновения спектральных линий, осуществив синтез квантовой теории и теории относительности. В 1915–1916 гг. он разработал квантовую теорию эллиптических орбит, ставшую известной как концепция Бора – Зоммерфельда. При этом успешно ввел новые атомно-орбитальные параметры в виде радиальных и азимутальных квантовых чисел, а также объяснил тонкую структуру спектров водородоподобных атомов, введя постоянную тонкой структуры.

В 1916 г. в сотрудничестве с П. Дебаем рассмотрел квантовую теорию эффекта Зеемана и ввел магнитное квантовое число. В 1919 г. разработал теорию спектроскопического закона смещения Вина и вывел формулы для интенсивностей мультиплетных линий. В 1920 г. ввел внутренние квантовые числа и составил правила отбора для дублетных и триплетных спектров. В 1928 г., предположив, что свободные электроны в металлах ведут себя подобно разреженному газу, подчиняющемуся статистике Ферми – Дирака, построил такие эффекты, наблюдаемые в металлах, как джоулево тепло и термоэлектрический эффект, и развил квантовую электронную теорию металлов. В 1931 г. дополнил теорию тормозного излучения электронов, движущихся со скоростью, значительно меньшей скорости света.

Автор учебников по теоретической физике и основатель мюнхенской школы теоретической физики, видными представителями которой были В. Гейзенберг, В. Паули, П. Дебай, X. Бете, Г. Вентцель и др.

Жан Батист Перрен (1870–1942)

Видный французский физик, с 1923 г. – член Парижской академии наук. В 1894 г. окончил Высшую нормальную школу в Париже и с 1898 г. начал работать в Парижском университете. В 1940 г., после оккупации Франции, эмигрировал в США, где сотрудничал с рядом университетов.

Основную известность Перрену принесли исследования природы катодных и рентгеновских лучей, выполненные в 1895–1898 гг. и доказавшие, что катодное излучение представляет собой поток заряженных частиц. С начала прошлого века занимался изучением разнообразных электрокинетических явлений и разработал конструкцию прибора для исследования электроосмоса. В 1908 г. провел цикл исследований по изучению броуновского движения, экспериментально подтвердив теорию Эйнштейна – Смолуховского. При этом Перрену удалось уточнить значение числа Авогадро, полученное с помощью других методов, и окончательно доказать справедливость молекулярно-кинетического учения о строении вещества. Совместно с сыном Ф. Перреном установил бимолекулярную структуру тонких мыльных пленок и исследовал явления флуоресценции.

Лауреат Нобелевской премии 1926 г. «за исследование явлений при седиментации».

Эрнест Резерфорд (1871–1937)

Выдающийся английский физик-экспериментатор, родился 30 августа 1871 г. в семье новозеландского фермера вблизи Спринг-Гроув, Новая Зеландия. Окончив среднюю школу в Хавелоке, получил стипендию для продолжения образования в колледже провинции Нельсон, куда поступил в 1887 г., а через два года сдал экзамены в Кентерберийский колледж в Крайчестере, являвшийся филиалом Новозеландского университета. Окончив колледж с отличием и получив степень магистра по физике и математике в 1893 г., Резерфорд занялся изучением магнитного действия электромагнитных волн и разрядов. В 1894 г. опубликовал свою первую научную статью «Намагничивание железа высокочастотными разрядами» в «Известиях философского института Новой Зеландии».

В 1895 г. Резерфорд получил стипендию для стажировки в Кембриджском университете и в Кавендишской лаборатории под руководством Д. Д. Томпсона продолжил свою работу над магнитным детектором электромагнитного излучения. В 1896 г. вышла совместная работа Томсона и Резерфорда «О прохождении электричества через газы, подвергнутые действию лучей Рентгена», а через год – статьи Резерфорда «Магнитный детектор электрических волн и некоторые его применения» и «Об электризации газов, подверженных действию рентгеновских лучей, и о поглощении рентгеновского излучения газами и парами».

С 1898 г. он начинает исследование «урановых лучей», в результате чего появляется обширная работа «Излучение урана и созданная им электропроводность». В это же время Резерфорд переезжает в Канаду, где вступает в должность профессора кафедры теоретической физики Монреальского университета. В Монреале Резерфорд пробыл с 1898 по 1907 г. Здесь им была открыта радиационная эманация тория, раскрыта природа индуцированной радиоактивности, открыты совместно с Ф. Содди законы радиоактивного распада и начаты исследование прохождения через вещество альфа-частиц. Все эти достижения были им описаны в книге «Радиоактивность».

Огромный размах научной работы Резерфорда в Монреале (им было опубликовано как лично, так и совместно с другими учеными 66 статей, не считая книги «Радиоактивность») принес ему славу первоклассного исследователя. Он получает приглашение занять кафедру в Манчестере.

Весной 1907 г. Резерфорд возвращается в Европу, начиная исследования на кафедре физики Манчестерского университета. В Манчестере с Резерфордом работали Э. Марсден, К. Фаянс, Г. Мозли, Д. Хевеши и другие физики и химики. В 1912 г. туда приехал Нильс Бор, который позже вспоминал об этом периоде: «В это время вокруг Резерфорда группировалось большое число молодых физиков из разных стран мира, привлеченных его чрезвычайной одаренностью как физика и редкими способностями как организатора научного коллектива».

В этой атмосфере совместного научного творчества родились крупные достижения Резерфорда, из которых в первую очередь следует отметить разгадку природы альфа-частиц и открытие ядерного строения атома. Здесь им были заложены экспериментальные основы атомной и ядерной физики. Сюда же следует присоединить и знаменитые статьи Бора по квантовой теории планетарного атома. В Манчестере было положено начало квантовой и ядерной физике. В 1908 г. Резерфорду была присуждена Нобелевская премия по химии «за исследования по превращению элементов и химии радиоактивных веществ».

Плодотворная работа резерфордовской группы в Манчестере была прервана Первой мировой войной, которая разбросала дружный коллектив по разным, враждующим друг с другом странам. Сам Резерфорд был привлечен к военным исследованиям, Мозли, только что прославивший свое имя крупным открытием в спектроскопии рентгеновских лучей, был убит, а Чедвик томился в немецком плену. Лишь по окончании войны Резерфорд смог возобновить свои исследования, но уже в другом месте.

Начиная с 1919 г. и всю оставшуюся жизнь Резерфорд провел на посту директора Кавендишской лаборатории в Кембридже. Здесь ему удалось впервые осуществить искусственную ядерную реакцию, в результате бомбардировки атомов азота быстрыми альфа-частицами получив кислород.

В 1933 г. Резерфорд опытным путем доказал справедливость взаимосвязи массы и энергии в ядерных реакциях, а через год провел ядерную реакцию синтеза дейтерия с образованием трития. Все это вместе с сенсационным открытием искусственного превращения элементов необычайно стимулировало развитие атомной физики. В начале 30-х гг. Резерфорд предсказал существование нейтральной ядерной частицы, близкой по массе ядру водорода, и в 1932 г. его учениками и сотрудниками Чедвиком (1891–1974) и Ф. Астоном (1877–1945) был открыт протон, а также осуществлена под его руководством реакция расщепления лития протонами, разогнанными с помощью высоковольтного ускорителя.

Кембридж вновь собирал исследователей из разных стран мира и готовил квалифицированные кадры ученых-физиков для многих государств. Сюда приехал молодой советский физик П. Л. Капица, ставший активным сотрудником и другом Резерфорда. Впоследствии он создал у себя на родине первоклассный научный институт – Институт физических проблем Академии наук СССР, ныне носящий имя С. И. Вавилова. По инициативе П. Л. Капицы в 1971 г. в Советском Союзе отмечалось 100-летие со дня рождения великого ученого. Было издано собрание трудов Резерфорда, выпущена юбилейная медаль. На XIII Международном конгрессе по истории науки, состоявшемся в августе 1971 г. в Москве, памяти Резерфорда было посвящено специальное заседание, на котором выступили с воспоминаниями его ученики, приехавшие из Англии, Канады и США. Заседание проходило под председательством П. Л. Капицы, вручавшего всем докладчикам памятную медаль Резерфорда и том его трудов на русском языке.

Фредерик Содди (1877–1956)

Английский физик и химик Фредерик Содди родился в Истборне в семье лондонского купца Бенджамина Содди. У Содди рано проявился интерес к науке, и, окончив Истборн-колледж, он решил поступать в Оксфордский университет, чтобы изучать химию. После годичной подготовки в Университетском колледже Уэльса в Аберистуите Содди в 1895 г. был принят в Мертон-колледж Оксфордского университета и получил научную стипендию. После окончания Оксфорда совместно с Э. Резерфордом в Монреальском университете он разрабатывал теорию радиоактивных превращений. В 1903 году Содди перешел в Лондонский университет, где в сотрудничестве с У. Рамсеем доказал спектроскопическим путем, что в радиевых лучах содержатся атомы гелия. В 1904 г. Содди занимает профессорскую должность в университете в Глазго, где ему удалось открыть закон радиоактивного смещения и ввести в радиационную физику понятие изотопов. С 1919 по 1936 г. Содди – профессор кафедры общей и экспериментальной физики Оксфордского университета. В это время им были написаны обширные труды по радиоактивности и радиохимии, среди которых выделяются такие как: «Материя и энергия», «Радий и его разгадка», «Радий и строение атома», «Химия радиоэлементов».

Содди был одним из пионеров исследования радиоактивных превращений и атомной энергии. Так, в книге «Радий и его разгадка» он ставит проблему энергии для нерадиоактивных элементов и предлагает следующее ее решение: «этим внутренним запасом энергии, с которым мы впервые познакомились в связи с радием, в большей или меньшей степени обладают все элементы вообще и он является неотъемлемой особенностью их внутреннего строения, причем при трансмутации (превращении) элементов происходит выделение энергии».

И хотя Содди ясно осознавал огромную сложность освобождения внутриатомной энергии при явной недостаточности тогдашних экспериментальных средств, опыт истории науки внушал ему уверенность в перспективе будущего решения этой задачи: «Мы едва ли можем сомневаться в том, что когда-нибудь мы сможем разрушать и создавать элементы, как теперь мы разрушаем и создаем химические соединения; мировой пульс забьется тогда с новой силой, также неизмеримо превосходящей все силы, как эти последние, в свою очередь, превосходят естественные ресурсы дикаря».

В 1921 г. Содди был удостоен Нобелевской премии по химии «за вклад в изучение химии радиоактивных веществ и исследование процессов образования и природы изотопов».

Альберт Эйнштейн (1879–1955)

Великий физик родился в городе Ульме округа Вюртемберг в Германии в семье мелкого коммерсанта. Учился в католической народной школе в Ульме, а после переезда семьи в Мюнхен – в гимназии. В учебе предпочитал самостоятельные занятия по геометрии и чтение популярных книг по естествознанию, при этом сумел овладеть дифференциальным и интегральным исчислением. В 1895 г., не окончив гимназии, Эйнштейн пытался поступить в Цюрихское федеральное высшее политехническое училище, но не сдал экзаменов по языкам и истории. Доучившись в кантональной школе в Аарау, без экзаменов поступил в Цюрихский политехникум, где много времени проводил в физических лабораториях и библиотеках, читая классические труды Г. Кирхгофа, Дж. Максвелла и Г. Гельмгольца.

После окончания политехникума Эйнштейн долго не мог найти работу, пока в 1902 г. не получил по протекции место технического эксперта в Бернском патентном бюро, где и проработал до 1907 г. В 1905 г. в немецком журнале Annalen der Physik («Анналы физики») вышли три работы Эйнштейна, принесшие ему всемирное признание и славу: «О движении взвешенных в покоящейся жидкости частиц, требуемом молекулярно-кинетической теорией теплоты», «Об одной эвристической точке зрения, касающейся возникновения и превращения света», «К электродинамике движущихся тел».

С этого момента возник пространственно-временной континуум специальной теории относительности, были с новых позиций объяснены фотоэффект и броуновское движение, а масса превратилась в форму энергии. Вначале Эйнштейн рассмотрел некоторые проблемы молекулярной физики, связанные со статистическим описанием теплового движения атомов и молекул, известного как броуновское. Так, он с помощью статистических методов показал, что между скоростью движения взвешенных частиц, их размерами и коэффициентами вязкости жидкостей существует экспериментально проверяемое количественное соотношение. Последующие его работы по теории света основывались на квантовой гипотезе М. Планка, выдвинутой им в 1900 г., и в них Эйнштейн рассматривал квантование самого потока света в его фотонной интерпретации. Так, он объяснил фотоэффект, состоящий в выбивании электронов из металла световыми лучами и ранее не укладывавшийся в рамки волновой теории света. В том же 1905 г. была опубликована работа Эйнштейна, в которой излагалась специальная теория относительности (СТО), основанная на расширенном постулате относительности Галилея и принципе постоянства скорости света. Из СТО Эйнштейн вывел взаимосвязь массы и энергии, позволившую упростить законы сохранения в единый принцип постоянства массы и энергии в замкнутых системах при любых процессах. Сегодня этот закон составляет основу всей атомной физики.

В 1909 г. Эйнштейн получил место экстраординарного профессора на кафедре теоретической физики Цюрихского университета, а вскоре последовало почетное приглашение на кафедру теоретической физики пражского Немецкого университета. Там в 1911 г., исходя из принципа относительности, Эйнштейн заложил основы релятивистской теории тяготения, высказав мысль, что световые лучи должны отклоняться в поле тяготения, и изложив свои выводы в статье 1911 г. «О влиянии силы тяжести на распространение света». Проверка этих идей была сделана в 1919 г. английской астрофизической экспедицией Эддингтона, в общем подтвердившей выводы Эйнштейна.

Летом 1912 г. он возвратился в Цюрих на новую кафедру математической физики Высшей технической школы, где приступил к дальнейшему развитию математического аппарата теории относительности. Результатом совместных с его соучеником Марселем Гроссманом усилий стал фундаментальный труд «Проект обобщенной теории относительности и теории тяготения» (1913). В том же году Эйнштейн был избран в Берлинскую академию наук и переехал в Берлин для работы в Университете им. Гумбольдта, где в должности директора Физического института провел последующие 19 лет. Здесь он закончил общую теорию относительности (ОТО), показав, что гравитацию можно свести к изменению геометрии пространства-времени вокруг тяготеющих тел. В 1915 г. Эйнштейн попытался распространить ОТО на Вселенную в целом и получил модель замкнутого мира. В 1922 г. космологию Эйнштейна рассмотрел петербургский математик А. А. Фридман, придя к динамической модели, в которой радиус кривизны Вселенной возрастает во времени.

В 1921 г. Эйнштейн был удостоен Нобелевской премии по физике «за основные работы в области теоретической физики, особенно за создание квантовой теории света».

В 1916–1917 гг. вышли работы Эйнштейна, содержащие квантовую теорию излучения. В них рассматривались вероятности переходов между стационарными состояниями атома Бора – Резерфорда и выдвигалась идея индуцированного излучения. В дальнейшем это стало теоретической основой создания квантовых генераторов.

В конце 1920-х гг. разгорелась дискуссия вокруг «натурфилософских» основ квантовой физики, во время которой Эйнштейн выступил против копенгагенской школы Н. Бора. Дебаты продолжились на Сольвеевских конгрессах 1927 и 1930 гг., где разгорелась полемика между Эйнштейном и Бором, продолжавшаяся долгие годы и так и не убедившая его в вероятностной природе квантовой механики. В конце 1920-х гг. Эйнштейн стал уделять все больше времени разработке единой теории поля, призванной объединить в одной модели электромагнитное и гравитационное поля. Однако на этом пути он так и не достиг решающего результата.

После прихода нацистов к власти в Германии в 1933 г. Эйнштейн заявил о своем выходе из Берлинской академии наук и отказался от немецкого гражданства. С октября 1933 г. он приступил к работе в Принстонском институте перспективных исследований. Основной темой его изысканий стали попытки создания единой теории поля.

Пауль Эренфест (1880–1933)

Видный австрийский физик, родился в Вене 18 января 1880 г. в семье торговцев, выходцев из Моравии. После окончания гимназии поступил в Венский университет, где в 1899–1901 и в 1903–1904 гг. под руководством Л. Больцмана изучал кинетическую теорию и термодинамику. В 1901–1904 гг. Эренфест приступил к занятиям теоретической физикой, одновременно учась в Геттингенском университете. В этом признанном центре математической и теоретической физики встретил свою будущую жену – украинку Т. А. Афанасьеву, изучавшую математику и стажировавшуюся в Геттингене.

Вернувшись в 1903 г. в Вену, Эренфест стал активным участником семинара, которым руководил Людвиг Больцман. На семинаре родилась и тема докторской диссертации Эренфеста «Движение твердых тел в жидкостях и механика Герца». Больцман, который был его оппонентом, с большой похвалой отозвался о диссертации, которую Эренфест защитил в июне 1904 г. Потом он некоторое время преподавал в Венском университете, а затем вернулся в Геттинген. В 1907 г. под влиянием Т. А. Афанасьевой Эренфест переехал в Санкт-Петербург, где познакомился с А. Ф. Иоффе и другими видными физиками, читая лекции в Санкт-Петербургском политехническом институте и ведя на дому теоретический семинар, в котором принимали участие молодые физики Д. С. Рождественский, К. К. Баумгарт, Л. Д. Исаков и студенты-физики Ю. А. Крутков, В. Р. Бурсиан, В. Г. Хлопин, В. М. Чулановский и другие. Это были будущие советские ученые – академики и профессора.

Семинар Эренфеста стал точкой, с которой началось развитие будущей советской теоретической физики. Сам он готовился к магистерским экзаменам, которые держал в 1909–1910 гг., читал курс по проблемам математической физики в политехническом институте и писал статьи по вопросам теоретической физики. Среди этих работ поистине классической стала совместная статья П. С. Эренфеста и Т. А. Афанасьевой-Эренфест «Принципиальные основы статистического понимания в механике», опубликованная в Математической энциклопедии в 1912 г. Столкнувшись с кастовостью и обскурантизмом российской научной системы, Эренфест в 1912 г. вернулся в Европу, где совершил поездку по университетам Германии, Австрии и Швейцарии, встречаясь с М. Планком, А. Зоммерфельдом и А. Эйнштейном.

В апреле 1912 г. Эренфест разослал оттиски статьи, напечатанной в Математической энциклопедии, разным ученым, в том числе и Хендрику Лоренцу. 20 апреля 1912 г. тот прислал ему письмо, в котором дал высокую оценку статье и задал вопрос о том, где он сейчас работает и как складывается его судьба.

Эренфеста несколько удивила подобная озабоченность, но в следующем письме Лоренц разъяснил смысл своих вопросов. Он собирался оставить ординарную профессуру по кафедре теоретической физики Лейденского университета и подыскивал себе преемника. «Я подумал также и о Вас», – писал Лоренц. В результате Эренфест принял это предложение, и состоялось его избрание профессором кафедры теоретической физики Лейденского университета. Эту должность Эренфест занимал 21 год, вплоть до своей трагической гибели 25 сентября 1933 г.

В Лейдене Эренфест организовал семинар, на котором обсуждались важнейшие вопросы развития квантовой теории, математической и статистической физики. Его посещали многие видные ученые Европы и Америки, включая Эйнштейна и Бора. В Лейденском университете возникла научная школа Эренфеста, основные направления исследований которой захватывали обоснование квантовой физики, статистической механики, теории относительности и теории фазовых переходов. В квантовой механике Эренфест сформулировал теорему о средних значениях квантово-механических величин, разработал метод адиабатических инвариантов и совместно с Р. Оппенгеймером исследовал статистические свойства атомных ядер, выведя теорему Эренфеста – Оппенгеймера. Все это привело его к гипотезе о недостаточности существовавшей в то время протонно-электронной модели ядерного строения для объяснения экспериментальных результатов.

Последние годы жизни Эренфест страдал тяжелой депрессией, вызванной сомнениями в собственных творческих силах, и под влиянием сложных семейных проблем покончил с собой.

Макс Борн (1882–1970)

Выдающийся немецкий физик-теоретик, лауреат Нобелевской премии по физике «за работы в области квантовой механики» (1954 г). Родился в немецком городе Бреслау в семье профессора анатомии местного университета. В 1901 г. после поступления в университет Бреслау на инженерно-физический факультет заинтересовался математической физикой и в 1904 г. перешел в Геттингенский университет, где обучался у выдающихся математиков Д. Гильберта, Ф. Клейна, Г. Минковского. В 1905 г. под руководством Гильберта защитил докторскую диссертацию по теории устойчивости упругих тел. Впоследствии под влиянием работ Д. Д. Томсона, А. Эйнштейна и Г. Минковского занялся поиском новых методов вычисления массы электрона, а также исследованиями свойств кристаллов и теорией температурной зависимости теплоемкости в физике кристаллического состояния.

В 1915 г. Борн занял должность ассистент-профессора теоретической физики в Берлинском университете на кафедре М. Планка. В Берлине, продолжая исследования кристаллов, приступил к построению математических основ квантовой теории с целью обобщить все квантовые эффекты в микромире. В 1926 г. Борн вместе со своими ассистентами В. Гейзенбергом и П. Йорданом создал один из вариантов математических основ квантовой физики, дав статистическую интерпретацию волновой пси-функции Шредингера и выяснив, что квадрат амплитуды волновой функции равен вероятности нахождения микрочастицы в данной точке пространства. Им также были разработаны методы решения квантовомеханических задач о рассеивании частиц друг на друге и введено понятие квантовомеханического оператора, оказавшееся важнейшим в квантовой физике высоких энергий. В тот же период Борн разработал основы квантовой химии и теорию строения двухатомных молекул.

В 1933 г. эмигрировал в Кембридж, а в 1936 г. занял пост профессора натурфилософии в Эдинбургском университете, где преподавал и проводил научную работу до самой своей отставки в 1953 г. В 1948 г. был награжден медалью Макса Планка Германского физического общества. После отставки Борн вернулся в Геттинген, где продолжил научные исследования, готовя свои многочисленные труды к публикации. В последние годы активно занимался общественной деятельностью, выступая с лекциями и заявлениями о необходимости запретить создание ядерного и прочего оружия массового уничтожения.

Нильс Хенрик Давид Бор (1885–1962)