Роберт Оппенгеймер

Материал из Циклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Роберт Оппенгеймер

J. Robert Oppenheimer
Роберт Оппенгеймер.jpg
Дата рождения 22 апреля 1904 года
Место рождения Нью-Йорк, США
Дата смерти 18 февраля 1967 года
Место смерти Принстон, США







Научный руководитель Макс Борн
Известные ученики Дэвид Бом
Стэнли Френкель





Роберт Оппенгеймер — история жизни [38:57]
Роберт Оппенгеймер [1:48:33]
Гении и злодеи. Харитон и Оппенгеймер. Документальный фильм. Россия. 2004 [26:00]

Джулиус Роберт Оппенгеймер (Роберт Оппенхеймер, англ. Julius Robert Oppenheimer) — американский физик-теоретик, создатель ядерного оружия, автор фундаментальных работ по квантовой механике и теории атомного ядра[1].

Содержание

[править] Биография

[править] Ранние годы

Родился 22 апреля 1904 года в Нью-Йорке в семье выходцев из Германии. Еврей. Отец — состоятельный импортёр тканей Джулиус С. Оппенгеймер. Мать — получившая образование в Париже художница Элла Фридман. Брат — Фрэнк Оппенгеймер — физик.

Учился в подготовительной школе Алкуина.

В 1911 году поступил в Школу Общества этической культуры.

Затем учился в Гарвардском колледже.

В 1925 году окончил Гарвардском университете, в котором изучал физику и химию.

В 19251927 годах изучал физику в Кембриджском университете у Э. Резерфорда.

В 1927 году защитил диссертацию на степень доктора философии по физике в Геттингенском университете под руководством Макса Борна, и где познакомился с такими физиками, как Вольфганг Паули, Энрико Ферми, Эдвард Теллер, Джеймс Франк и Мария Гёпперт-Майер.

[править] Научная карьера

Ещё в период пребывания в Гёттингене опубликовал более 10 научных статей, в том числе много важных работ по недавно разработанной квантовой механике. В соавторстве с М. Борном была опубликована статья «О квантовом движении молекул», содержащая приближение Борна — Оппенгеймера, позволяющее разделить ядерное и электронное движение в рамках квантовомеханического описания молекулы, что позволяет пренебречь движением ядер при поиске электронных уровней энергии и, тем самым, существенно упростить вычисления.

В 1927 году совместно с М. Борном создал теорию строения двухатомных молекул.

В конце 1920-х годов главный интерес учёного представляла теория непрерывного спектра, в рамках которой Оппенгеймер разработал метод, позволяющий вычислять вероятности квантовых переходов. В своей диссертации в Гёттингене Оппенгеймер рассчитал параметры фотоэлектрического эффекта для водорода под действием рентгеновского излучения, получив коэффициент затухания на границе поглощения для электронов K-оболочки (на «K-границе»). Расчёты Оппенгеймер оказались правильными для измеренных рентгеновских спектров поглощения, однако не согласовались с коэффициентом непрозрачности водорода на Солнце. Впоследствии было обнаружено, что Солнце по большей части состоит из водорода (а не тяжёлых элементов, как считалось ранее) и что вычисления Оппенгеймера были в действительности правильны.

В сентябре 1927 года подал заявку и получил от Национального научно-исследовательского совета стипендию на проведение работ в Калифорнийском технологическом институте. Но Бриджмен также хотел, чтобы Оппенгеймер работал в Гарварде, и в качестве компромисса тот разделил свой учебный 19271928 год так, что в Гарварде он работал в 1927 году, а в Калифорнийском технологическом институте — в 1928 году. В Калифорнийском технологическом институте Оппенгеймер сблизился с Лайнусом Полингом; они планировали организовать совместное «наступление» на природу химической связи, область, в которой Полинг был пионером; очевидно, Оппенгеймер занялся бы математической частью, а Полинг интерпретировал бы результаты. Но эта затея (а заодно и их дружба) была вскоре пресечена, когда Полинг стал подозревать, что отношения Оппенгеймера с его женой, Авой Хелен, становятся слишком близкими.

В 1928 году выполнил работу, в которой давалось объяснение явления автоионизации с помощью эффекта квантового туннелирования, и написал несколько статей по теории атомных столкновений.

Осенью 1928 года посетил Институт Пауля Эренфеста в Лейденском университете в Голландии. Затем отправился в Швейцарскую высшую техническую школу в Цюрихе, чтобы поработать с Вольфгангом Паули над проблемами квантовой механики и, в частности, описания непрерывного спектра.

После возвращения в Америку получил должность адъюнкт-профессора в Калифорнийском университете в Беркли.

В 19291947 годах — профессор Калифорнийского университета в Беркли и Калифорнийского технологического института в Пасадене.

В 1930 году написал работу, которая, по существу, предсказывала существование позитрона. Данная идея была основана на работе Поля Дирака 1928 года, в которой предполагалось, что электроны могут иметь положительный заряд, но при этом отрицательную энергию. Для объяснения эффекта Зеемана в этой статье было получено так называемое уравнение Дирака, объединявшее квантовую механику, специальную теорию относительности и новое тогда понятие спина электрона. Роберт Оппенгеймер, применяя экспериментальные свидетельства, отвергал первоначальное предположение Дирака о том, что положительно заряженные электроны могли быть протонами. Из соображений симметрии Оппенгеймер утверждал, что данные частицы должны иметь ту же массу, что и электроны, в то время как протоны гораздо тяжелее. Согласно расчётам Оппенгеймера, если бы положительно заряженные электроны являлись протонами, наблюдаемое вещество должно было бы аннигилировать в течение очень небольшого промежутка времени (менее наносекунды). Аргументы Оппенгеймера, а также Германа Вейля и Игоря Тамма заставили Дирака отказаться от отождествления положительных электронов и протонов и явным образом постулировать существование новой частицы, которую он назвал антиэлектроном. В 1932 году эта частица, называемая позитроном, была обнаружена в космических лучах Карлом Андерсоном. После открытия позитрона Оппенгеймер вместе с учениками Мильтоном Плессетом и Лео Недельским (провёл расчёты сечений рождения новых частиц при рассеянии энергичных гамма-квантов в поле атомного ядра. Позже он применил свои результаты, касающиеся рождения электрон-позитронных пар, к теории ливней космических лучей, которой уделял большое внимание и в последующие годы (в 1937 году вместе с Франклином Карлсоном им была разработана каскадная теория ливней).

В 1931 году совместно с П. Эренфестом Оппенгеймер доказал теорему, по которой ядра, состоящие из нечётного числа частиц-фермионов, должны подчиняться статистике Ферми — Дирака, а из чётного — статистике Бозе — Эйнштейна. Данное утверждение, получившее известно под названием теорема Эренфеста — Оппенгеймера, позволило показать недостаточность протонно-электронной гипотезы строения атомного ядра. В том же 1931 году соавторстве со своим студентом Харви Холлом написал статью «Релятивистская теория фотоэлектрического эффекта», в которой, основываясь на эмпирических доказательствах, они (правильно) ставили под сомнение следствие уравнения Дирака, состоящее в том, что два энергетических уровня атома водорода, различающиеся лишь значением орбитального квантового числа, обладают одинаковой энергией. Позднее один из аспирантов Оппенгеймера, Уиллис Лэмб, доказал, что это различие энергии уровней, получившее название лэмбовского сдвига, действительно имеет место.

В 1933 году разработал теорию внутренней конверсии гамма-лучей и выучил санскрит.

В 1934 году вместе с Венделлом Фёрри обобщил дираковскую теорию электрона, включив в неё позитроны и получив в качестве одного из следствий эффект поляризации вакуума.

Вместе со своей первой аспиранткой Мельбой Филлипс развил теорию процессов, происходящих при столкновении дейтронов с ядрами — работал над расчётом искусственной радиоактивности элементов, подвергаемых бомбардировке дейтронами. Ранее при облучении ядер атомов дейтронами Эрнест Лоуренс и Эдвин Макмиллан обнаружили, что результаты хорошо описываются вычислениями Георгия Гамова, но когда в эксперименте были задействованы более массивные ядра и частицы с более высокими энергиями, результат стал расходиться с теорией. Оппенгеймер и Филлипс разработали новую теорию для объяснения этих результатов в 1935 году, получившую название процесс Оппенгеймера — Филлипс и применяемую до сих пор. Суть данного процесса в том, что дейтрон при столкновении с тяжёлым ядром распадается на протон и нейтрон, причём одна из этих частиц оказывается захваченной ядром, тогда как другая покидает его.

В 19361939 годах дал объяснение мягкой компоненты космического излучения и создал теорию образования ливней в космических лучах.

В 1937 году, после открытия мезонов, учёный предположил, что новая частица тождественна предложенной за несколько лет до того Хидэки Юкавой, и вместе с учениками рассчитал некоторые её свойства.

В конце 1930-х годов заинтересовался астрофизикой, что вылилось в серию статей, в первой из которых, написанной в соавторстве с Робертом Сербером в 1938 году — «Об устойчивости нейтронных сердцевин звёзд» — учёный исследовал свойства белых карликов, получив оценку минимальной массы нейтронной сердцевины такой звезды с учётом обменных взаимодействий между нейтронами. В другой статье, «О массивных нейтронных сердцевинах», написанной в соавторстве со своим учеником Джорджем Волковым, отталкиваясь от уравнения состояния для вырожденного газа фермионов в условиях гравитационного взаимодействия, описываемого общей теорией относительности, показал, что существует предел масс звёзд, получивший название пределом Толмена — Оппенгеймера — Волкова, выше которого они теряют стабильность, присущую нейтронным звёздам, и претерпевают гравитационный коллапс.

В 1939 году вместе со своим учеником Хартландом Снайдером написали работу «О безграничном гравитационном сжатии», в которой было предсказано существование объектов, ныне называемых чёрная дыра, а также развили модель эволюции массивной звезды (с массой, превышающей предел) и получили, что для наблюдателя, движущегося вместе со звёздным веществом, время коллапса будет конечным, тогда как для стороннего наблюдателя размеры звезды будут асимптотически приближаться к гравитационному радиусу.

В мае 1942 года присоединился, а в сентябре возглавил лабораторию Манхэттенского проекта. Виктор Вайскопф говорил:

Оппенгеймер управлял этими исследованиями, теоретическими и экспериментальными, — в истинном смысле этих слов. Здесь его сверхъестественная скорость схватывания основных моментов по любому вопросу была решающим фактором; он мог ознакомиться со всеми важными деталями каждой части работы. Он не управлял из «главного офиса». Он умственно и даже физически присутствовал на каждом решающем шаге. Он присутствовал в лаборатории или семинарской аудитории, когда исследовался новый эффект или предлагалась новая идея. Не то чтобы он придумывал так много идей или предложений — он делал это иногда, — но его основной вклад состоял кое в чём другом. Это было его продолжающееся и настойчивое присутствие, которое давало всем нам ощущение прямого участия; оно создавало ту уникальную атмосферу энтузиазма и вызова, которая наполняла это место в течение всего времени.

16 июля 1945 года был произведён первый искусственный ядерный взрыв возле Аламогордо.

В 19471966 годах — директор Института фундаментальных исследований в Принстоне. Некоторые из его тинициатив возмущали отдельных членов математического факультета, которые желали, чтобы институт оставался бастионом «чисто научных исследований». Абрахам Пайс сказал, что сам Оппенгеймер считал одной из своих неудач в институте неспособность примирить учёных из естественных наук и гуманитарных областей.

Исследования посвящены теоретической астрофизике, тесно связанной с общей теорией относительности и теорией атомного ядра, ядерной физике, теоретической спектроскопии, квантовой теории поля, в том числе к квантовой электродинамике. В работах Оппенгеймера были предсказаны некоторые более поздние открытия, в том числе обнаружение нейтрона, мезона и нейтронных звёзд. Внёс большой вклад в теорию ливней космического излучения и других высокоэнергетических явлений, использовав для их описания существовавший тогда формализм квантовой электродинамики, который был разработан в пионерских работах Поля Дирака, Вернера Гейзенберга и Вольфганга Паули. Показал, что в рамках этой теории уже во втором порядке теории возмущений наблюдаются квадратичные расходимости интегралов, соответствующих собственной энергии электрона. Данная трудность была преодолена в конце 1940-х годов, когда была развита процедура перенормировок. В области ядерной физики Оппенгеймеру принадлежат расчёты плотности энергетических уровней ядер, ядерного фотоэффекта, свойств ядерных резонансов, объяснение рождения электронных пар при облучении фтора протонами, развитие мезонной теории ядерных сил и пр.

[править] Общественная деятельность

В 1934 году принял решение жертвовать 3 % от своей зарплаты, которая составляла около 3 тысячи долларов в год, в поддержку физиков, бежавших из гитлеровской Германии.

Когда в 1937 году его отец умер, передав Роберту и Фрэнку 392 602 доллара в наследство, Оппенгеймер сразу же написал завещание, предполагавшее передачу его имущества Университету Калифорнии на стипендии для аспирантов.

В 19431945 годах возглавил работы по созданию атомной бомбы в Лос-Аламосской лаборатории, созданной правительством США, опасавшимся, что нацисты сделают это первыми (Манхаттанский проект). Прозванный «отцом атомной бомбы», Оппенгеймер возражал против её применения в войне с Японией.

В 19471953 годах — председатель Генерального консультативного комитета Комиссии по атомной энергии США.

7 июня 1949 года дал показания перед Комиссией по расследованию антиамериканской деятельности, где он признал, что имел связи с Компартией в 1930-е годы.

Встал в резкую оппозицию планам создания водородной бомбы и призывал к интернационализации атомной энергии и к ее использованию исключительно в мирных целях, что, а также его контакты с членами коммунистической партии в конце 1930-х годов, стало поводом для разбирательства в сенатской подкомиссии по расследованиям в апреле-мае 1954 года, в период так называемого маккартизма, которая отстранила его от всех работ, связанных с обороной. Преследования положили конец блестящей научно-административной карьере учёного, а имя Оппенгеймера стало ассоциироваться с моральной ответственностью ученого за результаты своей научной деятельности. Только в 1963 году к Оппенгеймеру пришла полная гражданская реабилитация, когда президент Л. Джонсон наградил его медалью Ферми. Тем не менее, как указывает в своих воспоминаниях Павел Судоплатов, Оппенгеймер в 1943 году встречался с Михоэлсом, посланным по линии ЕАК в США вместе с Фефером в целях содействия советскому «атомному шпионажу», а позднее, будучи одним из руководителей американского атомного проекта, взял на работу нужных советской разведке людей, и таким образом помог внедрить надежные агентурные источники. Также по словам Судоплатова, в использовании Оппенгеймера как источника важную роль сыграла советская разведчица Елизавета Зарубина.[2]

В качестве члена Совета консультантов при комиссии, утверждённой президентом Гарри Трумэном, оказал заметное влияние на доклад Ачесона — Лилиенталя. В этом отчёте комитет рекомендовал создание международного «Агентства по развитию атомной отрасли», которое бы владело всеми ядерными материалами и средствами их производства, в том числе шахтами и лабораториями, а также атомными электростанциями, на которых ядерные материалы использовались бы для производства энергии в мирных целях. Ответственным за перевод этого отчёта в форму предложения для Совета ООН был назначен Бернард Барух, который завершил его разработку в 1946 году. В плане Баруха вводился ряд дополнительных положений, касающихся правоприменения, например необходимость инспекции урановых ресурсов Советского Союза. План Баруха был воспринят как попытка Соединённых Штатов получить монополию на ядерные технологии и был отвергнут СССР. После этого Оппенгеймеру стало ясно, что из-за взаимных подозрений США и СССР гонки вооружений не избежать.

В 1960 году всё больше беспокоясь о потенциальной опасности научных открытий для человечества, присоединился к Альберту Эйнштейну, Джозефу Ротблату и другим учёным и преподавателям с целью учреждения Всемирной академии искусств и науки.

Поддерживал научные связи с Научно-исследовательским институтом имени Хаима Вейцмана и Еврейским университетом в Иерусалиме, а в 1958 году посетил Израиль. В 1956 году вышел биографический словарь «Евреи в мире науки», один из редакторов и авторов которого был Оппенгеймер.

[править] Семья

В 1936 году увлёкся Джин Тэтлок, студенткой Медицинской школы Стэнфордского университета, дочерью профессора литературы в Беркли, с которой его объединяли схожие политические взгляды; Джин писала заметки в газету Western Worker, издаваемую Компартией.

В 1939 году расстался с Тэтлок, а в августе того же года встретил Кэтрин «Китти» Пьюнинг Харрисон, радикально настроенную студентку Университета Беркли и бывшую участницу Компартии. 1 ноября 1940 года они поженились. Их первый ребёнок, Питер, родился в мае 1941 года, а второй, Кэтрин «Тони», — 7 декабря 1944 года в Лос-Аламосе (Нью-Мексико).

Но и после свадьбы с Китти Оппенгеймер продолжал отношения с Тэтлок. Позже их непрерванная связь послужила предметом рассмотрения на слушании по допуску к секретной работе — из-за сотрудничества Тэтлок с коммунистами. Многие из близких друзей Оппенгеймера были активистами Компартии, в том числе его брат Фрэнк, жена Фрэнка Джеки, Джин Тэтлок, его домовладелица Мэри Эллен Уошбёрн и некоторые его аспиранты в Беркли.

Китти не только имела отношение к Компартии, но по словам П.А. Судоплатова была «спецагентом-нелегалом» советской разведки, выделенной для связи с Оппенгеймером.

Впрочем, сам Оппенгеймер был тесно связан с коммунистическим движением.

Роберт Оппенгеймер умер 18 февраля 1967 года в Принстоне, штат Нью-Джерси.

[править] Труды

  • Оппенгеймер Р. О необходимости экспериментов с частицами высоких энергий // Техника — молодёжи : Журнал. — 1965. — № 4. — С. 10—12.
  • Oppenheimer J. Robert. Science and the Common Understanding. — New York: Simon and Schuster, 1954.
  • Oppenheimer J. Robert. The Open Mind. — New York: Simon and Schuster, 1955.
  • Oppenheimer J. Robert. The Flying Trapeze: Three Crises for Physicists. — London: Oxford University Press, 1964.
    • Русский перевод: Оппенгеймер Р. Летающая трапеция: три кризиса в физике / Пер. В. В. Кривощёкова, под ред. и с послесловием В. А. Лешковцева. — М.: Атомиздат, 1967. — 79 с. — 100 000 экз.
  • Oppenheimer J. Robert, Rabi I. I. Oppenheimer. — New York: Scribner, 1969.
  • Oppenheimer J. Robert, Smith Alice Kimball, Weiner Charles Robert Oppenheimer, Letters and Recollections. — Cambridge, Massachusetts: Harvard University Press, 1980. — ISBN 0-674-77605-4.
  • Oppenheimer J. Robert Uncommon Sense. — Cambridge, Massachusetts: Birkhauser Boston, 1984. — ISBN 0-8176-3165-8.
  • Oppenheimer J. Robert Atom and Void: Essays on Science and Community. — Princeton, New Jersey: Princeton University Press, 1989. — ISBN 0-691-08547-1.

[править] См. также

[править] Источники

  1. КЕЭ, том 6, кол. 166–168
  2. Судоплатов П. Разведка и Кремль. М. 1996.
Персональные инструменты
Пространства имён

Варианты
Действия
Навигация
Инструменты