Перейти к аудио этой статьи
Эта статья входит в число избранных

Оппенгеймер, Роберт

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Роберт Оппенгеймер
англ. Robert Oppenheimer
Роберт Оппенгеймер, около 1944 года
Роберт Оппенгеймер, около 1944 года
Имя при рождении Джулиус Роберт Оппенгеймер
Дата рождения 22 апреля 1904(1904-04-22)[1][2][…]
Место рождения
Дата смерти 18 февраля 1967(1967-02-18)[3][1][…] (62 года)
Место смерти
США
Страна
Род деятельности физик-теоретик, инженер, учёный-ядерщик, коллекционер искусства, преподаватель университета, научный руководитель, физик
Научная сфера теоретическая и ядерная физика
Место работы
Альма-матер
Учёная степень
PhD) по физике
Научный руководитель Макс Борн
Ученики
Известен как Создатель ядерного оружия, автор фундаментальных работ по квантовой механике
(в его честь названы: приближение Борна — Оппенгеймера, процесс Оппенгеймера — Филлипс, предел Оппенгеймера — Волкова)
Награды и премии
Автограф Изображение автографа
Логотип Викицитатника Цитаты в Викицитатнике
Логотип Викисклада Медиафайлы на Викискладе

Джу́лиус Ро́берт О́ппенге́ймер

физик-теоретик и физик-ядерщик, широко известен как научный руководитель Манхэттенского проекта, в рамках которого в годы Второй мировой войны разрабатывались первые образцы ядерного оружия; из-за этого Оппенгеймера, наряду со Станиславом Уламом и Эдвардом Теллером[7] часто называют «отцом атомной бомбы»[8]
.

испытана в Нью-Мексико в июле 1945 года; позже Оппенгеймер вспоминал, что в тот момент ему пришли в голову слова из Бхагавадгиты: «Я стал смертью, разрушителем миров»[прим 3]
.

После

политической реабилитации; награда была вручена уже после смерти Кеннеди Линдоном Джонсоном
.

Наиболее значительные достижения Оппенгеймера в физике включают:

квантового туннелирования. Вместе со своими учениками он внёс важный вклад в современную теорию нейтронных звёзд и чёрных дыр, а также в решение отдельных проблем квантовой механики, квантовой теории поля и физики космических лучей. Оппенгеймер был учителем и пропагандистом науки, отцом-основателем американской школы теоретической физики, получившей мировую известность в 1930-х годах. Член Национальной академии наук США
(с 1941).

Биография

Детство и юность

Дж. Роберт Оппенгеймер родился в Нью-Йорке 22 апреля 1904 года в семье еврейских эмигрантов из Германии. Его отец, состоятельный импортёр тканей Джулиус Зелигман Оппенгеймер (1871—1937), эмигрировал в США из Ханау (Германия) в 1888 году. Семья матери — получившей образование в Париже художницы Эллы Оппенгеймер (урождённой Фридман, 1869—1931) — также эмигрировала в США из Германии в 1840-х годах. У Роберта был младший брат, Фрэнк, который тоже стал физиком[15].

В 1912 году Оппенгеймеры переехали в

Жана Вюйара и по крайней мере три оригинала Винсента ван Гога[17]
.

Оппенгеймер некоторое время учился в подготовительной школе

язвенного колита, когда занимался поиском минералов в Яхимове во время семейного отдыха в Европе. Для лечения он отправился в Нью-Мексико, где был очарован верховой ездой и природой юго-запада США[22]
.

В дополнение к профилирующим дисциплинам[англ.] студенты должны были изучать историю, литературу и философию или математику. Оппенгеймер компенсировал свой «поздний старт», беря по шесть курсов за семестр, и был принят в студенческое почётное общество «Фи Бета Каппа». На первом курсе Оппенгеймеру было позволено проходить магистерскую программу по физике на основе независимого изучения; это означало, что он освобождался от начальных предметов и мог приниматься сразу за курсы повышенной сложности. Прослушав курс термодинамики, который читал Перси Бриджмен, Роберт серьёзно увлёкся экспериментальной физикой. Он окончил университет с отличием (лат. summa cum laude) всего через три года[23].

Обучение в Европе

Хейке Камерлинг-Оннеса в Лейдене, Нидерланды, 1926 год
. Оппенгеймер — во втором ряду, второй слева.

В

.

Многие друзья отмечали у Оппенгеймера — высокого и худого человека, заядлого курильщика, часто даже забывавшего поесть в периоды интенсивных размышлений и полной концентрации, — склонность к саморазрушительному поведению. Много раз в его жизни бывали периоды, на протяжении которых его меланхоличность и ненадёжность вызывали у коллег и знакомых учёного беспокойство. Тревожный случай произошёл во время его отпуска, который он взял, чтобы встретиться со своим другом Фрэнсисом Фергюсоном (Francis Fergusson) в Париже. Рассказывая Фергюсону о своей неудовлетворённости экспериментальной физикой, Оппенгеймер внезапно вскочил со стула и стал душить его. Хотя Фергюсон легко парировал атаку, этот случай убедил его в наличии серьёзных психологических проблем у своего друга[28]. На всём протяжении жизни Оппенгеймер испытывал периоды депрессии[29]. «Физика мне нужна больше, чем друзья»[прим 5], — сказал он однажды своему брату[30].

В

Поля Дирака, Энрико Ферми, Эдварда Теллера и других. Оппенгеймер был также известен своей привычкой «увлекаться» во время дискуссий; порой он прерывал каждого выступающего на семинаре[31]. Это настолько раздражало остальных учеников Борна, что однажды Мария Гёпперт представила научному руководителю петицию, подписанную ею самой и почти всеми остальными участниками семинара, с угрозой устроить бойкот занятиям, если Борн не заставит Оппенгеймера успокоиться. Борн положил её на своём столе так, чтобы Оппенгеймер смог её прочитать, — и это принесло ожидаемый результат без каких-либо слов[32]
.

Роберт Оппенгеймер защитил

Джеймс Франк, председательствующий профессор, как сообщают, сказал: «Я рад, что это закончилось. Он едва сам не начал задавать мне вопросы»[34]
.

Начало профессиональной деятельности

В сентябре

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. Однако эта затея (а заодно и их дружба) была пресечена в зародыше, когда Полинг начал подозревать, что отношения Оппенгеймера с его женой, Авой Хелен[англ.], становятся слишком близкими. Однажды, когда Полинг был на работе, Оппенгеймер пришёл к ним в дом и внезапно предложил Аве Хелен встретиться с ним в Мексике. Она категорично отказалась и рассказала об этом инциденте своему мужу[36]. Этот случай, а также то, с каким видимым безразличием его жена рассказала об этом, насторожили Полинга, и он немедленно разорвал свои отношения с физиком. Оппенгеймер впоследствии предлагал Полингу стать главой Химического подразделения (Chemistry Division) Манхэттенского проекта, но тот отказался, заявив, что он пацифист[37]
.

Осенью

нидерландском, хотя имел малый опыт общения на этом языке. Там ему дали прозвище «Опье» (нидерл. Opje)[38], которое позже его ученики переделали на английский манер в «Оппи» (англ. Oppie)[39]. После Лейдена он отправился в Швейцарскую высшую техническую школу в Цюрихе, чтобы поработать с Вольфгангом Паули над проблемами квантовой механики и, в частности, описания непрерывного спектра. Оппенгеймер глубоко уважал и любил Паули, который, возможно, оказал сильное влияние на собственный стиль учёного и его критический подход к задачам[40]
.

.

По возвращении в США Оппенгеймер принял приглашение занять должность

Ханс Бете
позже говорил о нём:

Возможно, наиболее важной составляющей, которую Оппенгеймер привнёс в своё преподавание, был его тонкий вкус. Он всегда знал, какие задачи являются важными, что показывает его выбор тем. Он по-настоящему жил этими задачами, стараясь изо всех сил найти решение, и заражал интересом всю группу. В лучшую пору в его группе было восемь или десять

аспирантов[прим 8] и около шести постдоков. Он встречался с группой раз в день в своём кабинете, и они один за другим рассказывали ему о ходе своих исследований. Его интересовало всё, и в один и тот же день они могли обсуждать и квантовую электродинамику, и космические лучи, и рождение электронных пар, и ядерную физику[45]
.

Оппенгеймер тесно сотрудничал с

Радиационной лаборатории Лоуренса[30]. В 1936 году Университет в Беркли предоставил учёному должность профессора с зарплатой 3300 долларов в год. Взамен его попросили прекратить преподавание в Калифорнийском технологическом. В итоге стороны сошлись на том, что Оппенгеймер освобождался от работы на 6 недель каждый год, — этого было достаточно для проведения занятий в течение одного триместра в Калтехе[46]
.

Научная работа

Научные исследования Оппенгеймера относятся к 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. Его привлекала формальная строгость релятивистской квантовой механики, хотя он и сомневался в её правильности. В его работах были предсказаны некоторые более поздние открытия, в том числе обнаружение нейтрона, мезона и нейтронных звёзд[47].

Оппенгеймер, Энрико Ферми и Эрнест Лоуренс.

За время пребывания в Гёттингене Оппенгеймер опубликовал более десятка научных статей, в том числе много важных работ по недавно разработанной квантовой механике. В соавторстве с Борном была опубликована знаменитая статья «О квантовом движении молекул»[48], содержащая так называемое приближение Борна — Оппенгеймера, которое позволяет разделить ядерное и электронное движение в рамках квантовомеханического описания молекулы. Это позволяет пренебречь движением ядер при поиске электронных уровней энергии и, таким образом, значительно упростить вычисления. Эта работа остаётся самой цитируемой статьёй Оппенгеймера[49].

В конце 1920-х годов основной интерес для Оппенгеймера представляла теория

квантового туннелирования, а также написал несколько статей по теории атомных столкновений[51]. В 1931 году совместно с Паулем Эренфестом он доказал[52] теорему, согласно которой ядра, состоящие из нечётного числа частиц-фермионов, должны подчиняться статистике Ферми — Дирака, а из чётного — статистике Бозе — Эйнштейна. Это утверждение, известное как теорема Эренфеста — Оппенгеймера, позволило показать недостаточность протонно-электронной гипотезы
строения атомного ядра.

Оппенгеймер внёс существенный вклад в теорию ливней

перенормировок[54]. В 1931 году Оппенгеймер в соавторстве со своим студентом Харви Холлом (Harvey Hall) написал статью «Релятивистская теория фотоэлектрического эффекта»[55], 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, за что и получил Нобелевскую премию по физике в 1955 году[47]
.

В

Карлом Андерсоном, который был награждён за это открытие Нобелевской премией по физике за 1936 год[58][59]
.

После открытия позитрона Оппенгеймер совместно с учениками

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)[60]. В 1934 году Оппенгеймер вместе с Уэнделлом Фёрри обобщил[61] дираковскую теорию электрона, включив в неё позитроны и получив в качестве одного из следствий эффект поляризации вакуума (аналогичные идеи высказывали одновременно и другие учёные). Впрочем, эта теория также была не свободна от расходимостей, что порождало скептическое отношение Оппенгеймера к будущему квантовой электродинамики. В 1937 году, после открытия мезонов, Оппенгеймер предположил, что новая частица тождественна предложенной за несколько лет до того Хидэки Юкавой, и вместе с учениками рассчитал некоторые её свойства[62][63]
.

Со своим первым аспирантом — точнее, аспиранткой, Мельбой Филлипс — Оппенгеймер 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[64]. Она получила известность как процесс Оппенгеймера — Филлипс и используется до сих пор. Суть этого процесса состоит 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. К другим результатам Оппенгеймера в области ядерной физики относятся расчёты плотности энергетических уровней ядер, ядерного фотоэффекта, свойств ядерных резонансов, объяснение рождения электронных пар при облучении фтора протонами, развитие мезонной теории ядерных сил и некоторые другие[65][66].

. Толмен был близким другом Роберта, а с Эйнштейном судьба не раз сведёт Оппенгеймера в будущем.

В конце 1930-х годов Оппенгеймер, вероятно под влиянием своего друга

Соединённых Штатах в 1950-х годах, в основном благодаря работам Джона Уилера[70][71]
.

Даже учитывая огромную сложность тех областей науки, в которых Оппенгеймер являлся экспертом, его работы считаются трудными для понимания. Оппенгеймер любил использовать элегантные, хотя и чрезвычайно сложные математические приёмы для демонстрации физических принципов, вследствие чего его часто критиковали за математические ошибки, которые он допускал, предположительно, из-за поспешности. «Его физика была хороша, — говорил его ученик Снайдер, — но его арифметика ужасна»[прим 10][47].

Многие полагают, что, несмотря на его таланты, уровень открытий и исследований Оппенгеймера не позволяет поставить его в ряд тех теоретиков, которые расширяли границы фундаментального знания

индологом Артуром Райдером[англ.] в Беркли. Оппенгеймер прочитал в оригинале Бхагавадгиту; позднее он говорил о ней как одной из книг, которая оказала на него сильное влияние и сформировала его жизненную философию[74]. Его близкий друг и коллега, лауреат Нобелевской премии Исидор Раби
позднее дал своё собственное объяснение:

Оппенгеймер был сверхобразован в тех областях, которые лежат вне научной традиции, например, он интересовался религией — в частности, индусской религией, — что вылилось в ощущение загадочности Вселенной, которое окружало его, словно туман. Он ясно понимал физику, глядя на то, что уже было сделано, но на границе он имел склонность чувствовать, что там гораздо больше загадочного и неизвестного, чем было на самом деле… [он отворачивался] от тяжёлых, грубых методов теоретической физики к мистической области свободной интуиции[75].

Несмотря на всё это, такие эксперты, как лауреат Нобелевской премии по физике

1951 и 1967 годах, — но так и не был награждён ею[80]
.

Всё время, пока шла разработка

Советского Союза. На последующих допросах Оппенгеймер под давлением сознался, что единственный человек, который обращался к нему по этому поводу, был его друг Хокон Шевалье, профессор французской литературы в Беркли, который упомянул об этом в личной обстановке за ужином в доме Оппенгеймера[83]. Руководитель проекта генерал Лесли Гровс
считал, что Оппенгеймер был слишком важен для проекта, чтобы отстранять его из-за этого подозрительного случая. 20 июля 1943 года он писал в Манхэттенский инженерный округ:

В соответствии с моим устным указанием от 15 июля, считаю целесообразным немедленно оформить допуск Джулиуса Роберта Оппенгеймера к секретной работе независимо от тех сведений, которыми Вы располагаете о нём. Участие Оппенгеймера в работах проекта крайне необходимо[84].

Манхэттенский проект