Цепная реакция. Неизвестная история создания атомной бомбы

Первая научная работа была посвящена математическим вопросам единой теории гравитации и электромагнетизма и вышла в свет в 1918 г., а в 1921 г. Паули защитил докторскую диссертацию в Мюнхенском университете под руководством А. Зоммерфельда. В 1921–1922 гг. он был ассистентом М. Борна на кафедре теоретической физики в Геттингенском университете. Познакомился с Н. Бором и в 1922–1923 гг. работал в Институте теоретической физики в Копенгагене, помогал в издании работ Бора на немецком языке. В 1923 г. – доцент университета в Гамбурге; с 1928 г. – профессор Высшего технического училища в Цюрихе, в 1935–1936 и 1940–1946 гг. работал в Институте фундаментальных исследований в Принстоне.

Когда Паули работал в Геттингене, Бор занимался поисками закономерностей заполнения электронных оболочек атома, в частности, пытался объяснить, почему у атома, находящегося в основном энергетическом состоянии, не все электроны находятся на нижней орбите. Принимая участие в решении этой проблемы, Паули ввел понятие спина и в 1925 г. сформулировал один из важнейших принципов современной теоретической физики, согласно которому две тождественные частицы с полуцелыми спинами не могут находиться в одном состоянии, т. е. не могут обладать одинаковыми значениями всех четырех квантовых чисел (главного, орбитального, магнитного и спинового).

Например, если у двух электронов значения трех квантовых чисел совпадают, то значения четвертого должны быть разными. Отсюда следует, что на одной орбите могут находиться не более двух электронов. За открытие этого принципа Паули в 1945 г. был удостоен Нобелевской премии по физике. Принцип Паули дал объяснение закономерностям, которым подчиняется заполнение электронных оболочек атомов, и послужил исходным пунктом для объяснения тонкой и сверхтонкой структуры атомных спектров.

В 1927 г. Паули опубликовал статью, объясняющую природу парамагнетизма металлов, в которой сделал вывод, что поведение электронов в металлах подчиняется законам, основанным на принципе запрета, а не классическим статистическим законам. Совместно с П. Йорданом и В. Гейзенбергом заложил основы релятивистской квантовой теории поля и предпринял попытку формулировки квантовой электродинамики, введя общую схему квантования полей и заложив тем самым основы систематической теории квантования полей.

При обсуждении особенностей бета-распада Паули выдвинул гипотезу о существовании нейтрино (1930–1933 гг.). Ему принадлежат также работы по мезонной теории ядерных сил, ряд обзоров по важнейшим вопросам современной теоретической физики, статьи по истории и философии науки и др.

Паули был удостоен медалей Х. Лоренца (1930), Б. Франклина (1952), М. Планка (1958) и Нобелевской премии (1945).

Вернер Карл Гейзенберг (1901–1976)

Выдающийся немецкий физик-теоретик родился в семье профессора истории Мюнхенского университета. В 1920 г. поступил на физико-математический факультет, где начал с кафедры математики, перейдя затем на кафедру теоретической физики. Защитив магистерский диплом в 1923 г., приступил к теоретическим исследованиям строения атома. Весной и летом 1925 г., болея сенной лихорадкой, Гейзенберг уединился на отрезанном от внешнего мира острове Гельголанд, где и разработал теорию матричной квантовой механики.

Матричная механика, как показало время, в математическом понимании эквивалентна появившейся год спустя квантово-волновой механике, заложенной в уравнении Шредингера с точки зрения описания процессов квантового мира. Однако на практике использовать аппарат матричной механики оказалось труднее, и сегодня физики-теоретики в основном пользуются представлениями волновой механики. В 1926 г. Гейзенберг стал ассистентом Нильса Бора в Копенгагене. Именно там в 1927 г. он и сформулировал свой принцип неопределенности, и можно с основанием утверждать, что это стало его наиболее значительным вкладом в развитие науки. В том же году Гейзенберг стал профессором Лейпцигского университета – самым молодым в истории Германии. Начиная с этого момента он вплотную занялся созданием единой теории поля, хотя, по большому счету, безуспешно. За ведущую роль в разработке квантово-механической теории в 1932 г. Гейзенберг был удостоен Нобелевской премии по физике.

С исторической же точки зрения личность Вернера Гейзенберга, вероятно, навсегда останется синонимом неопределенности несколько иного рода. С приходом к власти партии национал-социалистов в его биографии открылась самая труднопонимаемая страница. Во-первых, будучи физиком-теоретиком, он оказался вовлеченным в идеологическую борьбу, в которой теоретическая физика как таковая получила ярлык «жидовской физики», а сам Гейзенберг был публично назван новыми властями «белым евреем». Лишь после ряда личных обращений к самым высокопоставленным лицам в рядах нацистского руководства ученому удалось остановить кампанию публичной травли и угроз в свой адрес.