Goudsmit, Samuel Abraham

Samuel Abraham Goudsmit
Samuel Abraham Goudsmit
Datum narození 11. července 1902( 1902-07-11 ) [1] [2] [3] […]
Místo narození Haag , Nizozemsko
Datum úmrtí 4. prosince 1978( 1978-12-04 ) [1] [2] [3] […] (ve věku 76 let)
Místo smrti
Země
Vědecká sféra Teoretická fyzika
Místo výkonu práce
Alma mater Leidenská univerzita
vědecký poradce Paul Ehrenfest
Studenti Robert Bacher
Známý jako jeden z autorů konceptu " spin ", vedoucí mise "Alsos"
Ocenění a ceny
Logo wikicitátu Citace na Wikicitátu
 Mediální soubory na Wikimedia Commons

Samuel Abraham Goudsmit  ( narozen jako  Samuel Abraham Goudsmit ; 11. července 1902 , Haag  – 4. prosince 1978 , Reno , Nevada ) byl americký teoretický fyzik holandského původu. Člen Národní akademie věd USA ( 1947 ). Vědecké práce jsou věnovány kvantové mechanice , atomové a jaderné fyzice , otázkám spektroskopie . Největší slávu získal díky objevu spinu elektronu, který provedl společně s Georgem Uhlenbeckem . Po mnoho let byl redaktorem časopisů American Physical Society .

Životopis

Vzdělávání a raná vědecká kariéra

Samuel Goudsmit se narodil v Haagu židovským obchodníkům: jeho otec Isaac byl obchodníkem s koupelnovým vybavením a jeho matka Marianne Gompersová vlastnila módní dámský obchod s klobouky . Samuel se o fyziku začal zajímat v jedenácti letech, kdy se kdesi dočetl, že pomocí spektroskopických metod je možné určit složení Slunce a dalších hvězd. Po ukončení školy v roce 1919 vstoupil na univerzitu v Leidenu , kde se Paul Ehrenfest brzy stal jeho vůdcem [5] . Počátkem roku 1920 doprovázel Goudsmit svého otce na služební cestu do Reutlingenu a na Ehrenfestovo doporučení navštívil nedaleký Tübingen , kde se setkal s Friedrichem Paschenem , který mladého muže zajímal o nevyřešené problémy spektroskopie. V létě 1921 Goudsmit znovu přišel za Paschenem, který ho seznámil s technickými detaily spektroskopických studií [6] .

Již v roce 1921, ve věku 19 let, publikoval Goudsmit v prestižním časopise Die Naturwissenschaften svou první práci věnovanou pokusu o relativistické vysvětlení dubletů alkalických kovů . Během několika příštích let se nadále zaměřoval na rysy komplexních spekter a Zeemanův efekt , publikoval řadu prací, včetně spoluautorství s Dirkem Costerem a Ralphem Kronigem . Mezitím Ehrenfest podle Goudsmita usoudil, že „nebude skutečným teoretikem“, a sehnal mu práci v laboratoři Petera Szeemana v Amsterdamu . Zde Goudsmit pracoval polovinu týdne a druhou polovinu strávil v Leidenu [7] .

V létě 1925 se George Uhlenbeck vrátil z Říma , několik let zde působil jako učitel syna holandského velvyslance. Ehrenfest je pozval ke spolupráci. Společná práce dala oběma mladým vědcům hodně: Uhlenbeck se dozvěděl o problémech kvantové teorie spekter a Goudsmit se na ně mohl podívat z pohledu obecnějších fyzikálních úvah. Jak později Goudsmit připomněl,

Otevřenost a svěžest Uhlenbeckova vnímání, když se zabýval atomovými problémy, jeho četné skeptické poznámky a chytré otázky nás přivedly k řadě nových významných výsledků ... <> ... jako fyzici jsme se s Uhlenbeckem moc nepodobali navzájem. Nejlépe to vysvětlí následující zjednodušený příklad. Když jsem mu řekl o Landeových faktorech , k mému velkému překvapení se zeptal: "Kdo je Lande ?" Když zmínil čtyři stupně volnosti elektronu, zeptal jsem se ho: "Co je to stupeň volnosti ?" [osm]

Výsledkem této spolupráce byl objev spinu elektronu Uhlenbeckem a Goudsmitem .

Objev spinu elektronu

V říjnu 1925 Goudsmit spolu s Georgem Uhlenbeckem zavedli do fyziky koncept spinu : na základě analýzy spektroskopických dat navrhli považovat elektron za „rotující vrchol“ s vlastním mechanickým momentem rovným a jeho vlastním magnetickým momentem. moment rovný Bohrovu magnetonu . Podobné myšlenky napadly mnoho fyziků, ale nebyly formulovány dostatečně jasně. Takže v roce 1921 Arthur Compton , snažící se vysvětlit magnetické vlastnosti hmoty, vyjádřil myšlenku rotujícího elektronu „jako miniaturní gyroskop “. Později byl Wolfgang Pauli ve slavném díle o vylučovacím principu nucen připsat elektronu „dvouhodnotnost, která není klasicky popsána“. Počátkem roku 1925 Ralph Kronig navrhl, že tuto nejednoznačnost lze vysvětlit rotací elektronu kolem své osy, ale brzy se dostal do vážných potíží (podle výpočtů musí rychlost na povrchu elektronu překročit rychlost světla ) . Tato hypotéza se navíc setkala s negativní reakcí Pauliho, Hendrika Kramerse a Wernera Heisenberga a Kronig se rozhodl ji nezveřejnit [9] .

Tato nejednoznačnost (čtvrtý stupeň volnosti neboli kvantové číslo elektronu) byla zřejmě také výchozím bodem práce Uhlenbecka a Goudsmita a rozhodli se ji také spojit s rotací elektronu kolem své osy. Studovali starou práci Maxe Abrahama o rotaci nabité koule, ale brzy narazili na stejné potíže jako Kronig. Svůj dohad však oznámili Ehrenfestovi, kterému se to líbilo. Vyzval své studenty, aby napsali krátkou poznámku do časopisu Die Naturwissenschaften a ukázali ji Hendriku Lorentzovi . Lorentz provedl řadu výpočtů elektromagnetických vlastností rotujícího elektronu a prokázal nesmyslnost závěrů, ke kterým tato hypotéza vede [10] . Uhlenbeck a Goudsmit považovali za nejlepší svůj článek nepublikovat, ale bylo příliš pozdě: Ehrenfest jej již poslal k tisku. K tomu poznamenal:

Jste oba dost mladí na to, abyste si dovolili udělat jednu hloupost! [jedenáct]

Původní text  (německy)[ zobrazitskrýt] Sie sind beide jung genug um sich eine Dummheit leisten zu konnen!

Objevení článku Uhlenbecka a Goudsmita vyvolalo ve vědeckých kruzích žhavou diskusi o spinové hypotéze. Kromě výše uvedených potíží, které byly způsobeny konceptem rotace elektronů, zůstal nevyřešen problém extra faktoru 2, který se objevil ve výrazu pro hyperjemnou strukturu vodíkového spektra. Proto byl zpočátku postoj k rotaci velmi skeptický. Rozhodujícím se ukázalo postavení Nielse Bohra , který s nadšením přijal vznik této hypotézy, která otevřela nové možnosti pro popis atomu. Bohr vyzval Uhlenbecka a Goudsmita, aby znovu uvedli své argumenty v článku pro časopis Nature a doprovodil jej vlastními poznámkami. Správnost myšlenky spinu se konečně ukázala na jaře roku 1926 , kdy výpočty interakce spin-orbita provedené Llewellynem Thomasem a Yakovem Frenklem s přihlédnutím k relativistickým efektům (tzv. Thomasova precese ) umožnily vysvětlit jemnou strukturu spekter (včetně zbavení se nadbytečného faktoru) a anomálního Zeemanova jevu [12] .

Myšlenka spinu byla doslova ve vzduchu: kromě již zmíněných vědců podobné myšlenky vyjádřili Harold Urey (pro elektron), Shatyendranath Bose (pro foton) a stejný Pauli (pro atomové jádro) . Z tohoto důvodu nelze jednoznačně určit přednost v otázce otevření otočky. Zřejmě to byl hlavní důvod, proč nebyl objev spinu nikdy oceněn Nobelovou cenou [13] .

V roce 1927, kdy přišel čas napsat svou doktorskou disertační práci, byl již Goudsmit uznávaným odborníkem v oblasti atomové spektroskopie. V roce 1926 získal Rockefellerovo stipendium a strávil několik měsíců na Niels Bohr Institute v Kodani a také znovu navštívil Tübingen, kde spolu s Ernstem Backem studoval štěpení spektrálních čar v silných magnetických polích ( Paschen-Back účinek ) [14] . Obhajoba disertační práce se konala v Leidenu 7. července 1927 (tentýž den obhájil práci i Uhlenbeck) [15] .

V té době již Uhlenbeck a Goudsmit přijali nabídku zaujmout místo Oskara Kleina na University of Michigan v Ann Arbor . Ještě na jaře Ehrenfest přesvědčil pana Waltera Colbyho, který hledal vhodné kandidáty v Evropě, aby na toto místo vzal dva lidi najednou, „aby si měli s kým popovídat“. Na konci srpna spolu s manželkami vypluli z Evropy. Oppenheimer se s nimi setkal v newyorském přístavu a po několika dnech jeho návštěvy na začátku září dorazili vlakem do Ann Arbor [16] . Goudsmit byl ženatý s Jaantje Logher , se kterou měl dceru Esther, která se stala bioložkou. O mnoho let později, v roce 1960 , se rozvedli. Goudsmitovou druhou manželkou byla Irene Bejach [17] .

University of Michigan

Navzdory provinčnímu statutu University of Michigan se zde mezitím vytvořila malá společnost talentovaných mladých teoretiků: kromě nově příchozích Uhlenbecka a Goudsmita Otto Laporte , student Arnolda Sommerfelda , a David Dennison , student Klein , zde působil [18] . Každoroční letní školy se brzy staly nejdůležitější událostí v životě univerzity : díky spojení Uhlenbecka a Goudsmita přijelo do Michiganu mnoho předních fyziků (Ehrenfest, Kramers, Fermi, Pauli, Sommerfeld, Dirac atd.). přednášky [19]

V Ann Arbor se Goudsmit nadále zaměřoval na spektroskopická témata a publikoval řadu článků o hyperjemné struktuře spekter . Spolu se svým postgraduálním studentem Robertem Bacherem vyvinul techniku ​​pro výpočet energetických hladin neznámých stavů atomu na základě lineárních vztahů mezi známými hladinami atomů a iontů. V roce 1933 vydali monografii, ve které učinili první pokus o zobecnění informací o energetických hladinách atomů získaných ze spektroskopických studií [20] . O tři roky dříve vyšla kniha o teorii čarových spekter, která vychází z Goudsmitovy doktorské práce. Kniha byla spoluautorem s Linusem Paulingem , se kterým se Goudsmit setkal během jedné ze svých návštěv v Kodani [21] .

Goudsmit byl jedním z prvních, kdo si uvědomil, že spektroskopická data lze použít k určení spinů a magnetických momentů jader, a v roce 1933 vypočítal tyto veličiny pro různé prvky periodické tabulky. Od poloviny 30. let se podílel na řadě teoretických a experimentálních prací na novém problému difúze , rozptylu a moderování neutronů . Teoreticky studoval také rozptyl elektronů [22] .

Druhá světová válka. Alsos Mission

Po vypuknutí 2. světové války a ještě před vstupem Spojených států do ní se Goudsmit jako zarytý antifašista přestěhoval na dočasné místo na Harvardově univerzitě v naději, že zde bude moci být více využitelný ve vojenských záležitostech. V roce 1941 nastoupil do Radiační laboratoře na Massachusetts Institute of Technology , kde se pracovalo na radarových tématech [22] . Podílel se na koordinaci výzkumu s britskými vědci, měl na starosti sestavování důležitých technických zpráv a dokumentace [23] .

V květnu 1944 byl Goudsmit jmenován vědeckým ředitelem tajné mise Alsos , jejímž účelem bylo zjistit, jak daleko němečtí vědci pokročili ve vývoji jaderných zbraní . I když sám přiznal, že neví, proč si ho armáda na tuto pozici vybrala, svou roli pravděpodobně sehrála jeho osobní známost téměř se všemi významnými fyziky v Evropě. Navíc, protože Goudsmit nebyl zapojen do vývoje americké atomové bomby , nemohl prozradit žádné utajované informace v případě, že by byl zajat. Úkolem Goudsmita a jeho zaměstnanců byla návštěva německých výzkumných laboratoří během prvních hodin po osvobození od nacistů a shromažďování informací přímo na místě, export dokumentace a vybavení. Závěr mise byl takový, že němečtí vědci vedení Wernerem Heisenbergem byli svému cíli velmi vzdáleni: nedokázali se ani přiblížit kritickým podmínkám pro rozvoj jaderné řetězové reakce , zatímco v USA byl prvním funkčním jaderným reaktorem vytvořil Enrico Fermi již v roce 1942 . Goudsmit prezentoval výsledky svého pátrání populární formou v knize Alsos, která vyšla v roce 1947 a odolala několika dotiskům [23] [24] .

Po osvobození Haagu navštívil Goudsmit své rodné město. Dům, ve kterém vyrůstal, byl opuštěný. Z dokumentů nacistické správy se dozvěděl, že jeho rodiče zemřeli v jednom z koncentračních táborů . To pro něj byla silná rána [25] [26] .

Goudsmit se podílel na stanovení seznamu německých vědců, kteří byli zatčeni jeho misí a internováni ve Farm Hall poblíž Londýna , kde byli drženi šest měsíců. Během této doby došlo k atomovým bombovým útokům na Hirošimu a Nagasaki a Heisenberg a jeho kolegové předložili tezi, že jejich selhání při výrobě atomové bomby bylo způsobeno jejich morálním odporem vůči nacistickému režimu. Goudsmit se proti této verzi opakovaně postavil, protože měl dostatek úplných informací k doložení objektivních důvodů neúspěchu nacistického atomového projektu (nejednotnost snah vědců, byrokratické překážky, nedostatek materiálů atd.). Přesto s Heisenbergem udržoval přátelství až do jeho posledních dnů a považoval ho za jednoho z největších fyziků naší doby [27] [28] .

Administrativní a redakční činnost. Poslední roky

Po dokončení své mise v Evropě Goudsmit přijal nabídku Northwestern University , ale v roce 1948 nastoupil do nově založené Brookhaven National Laboratory a přestěhoval se na Long Island [27] . V letech 1952-1960 vedl fyzikální oddělení laboratoře [29] . Od konce 40. let se zabýval především administrativní a sociální činností, svého času pracoval jako vládní poradce pro utajování, byl jedním z organizátorů Federace atomových vědců a mluvil na obranu Roberta Oppenheimera během slyšení o jeho případ [30] .

V roce 1951 jmenovala Americká fyzikální společnost Goudsmita redaktorem předního amerického fyzikálního časopisu Physical Review (stejně jako jeho společníka Reviews of Modern Physics ). Redakce se přestěhovala z University of Minnesota do Brookhavenu, kde sídlí dodnes. V roce 1958 inicioval Goudsmit založení nového časopisu Physical Review Letters , který se rychle stal jedním z nejprestižnějších časopisů ve fyzice díky mimořádné rychlosti publikování dosažené novými technickými prostředky. V roce 1966, s ohledem na růst redakční práce (z Physical Review začaly postupně vznikat dílčí sekce ), se Goudsmit stal prvním šéfredaktorem celé řady publikací Americké fyzikální společnosti a na tomto postu setrval až do r. jeho rezignace v roce 1974 [31] .

Po své rezignaci se rozhodl opustit Brookhaven a přijal pozvání, aby se stal čestným profesorem na University of Nevada, Reno . Své síly věnoval vyučování. 4. prosince 1978 zemřel na infarkt v univerzitním kampusu [32] .

Osobnostní rysy

Bývalý šéfredaktor časopisů Americké fyzikální společnosti Benjamin Bederson shrnul Goudsmitovy osobní kvality takto:

Goudsmit byl mimořádně aktivní muž; byl známý svými silnými city, soucitným charakterem, extrémním odporem k nacistickému režimu, vírou ve svobodu vědy a jednotlivce as tím vším svou hlubokou skromností ohledně všeho, čeho dosáhl. [4] .

Původní text  (anglicky)[ zobrazitskrýt] Goudsmit byl intenzivně aktivní člověk; byl známý svými silnými city, soucitným charakterem, silným odporem k nacistickému režimu a vírou v akademickou i osobní svobodu as tím vším hluboce pociťovanou skromností a pokorou ke všemu, čeho dosáhl.

Jak poznamenali mnozí kolegové a současníci, Goudsmit, který neměl velké analytické schopnosti, spoléhal spíše na intuici, podporovanou znalostmi empirických dat. Podle Uhlenbecka,

... on ... znal spektroskopii pozoruhodně ... Byla jeho specialitou. Zvláště, když bylo nutné podat formální matematický výklad, podívat se na experimentální materiál z hlediska čísel a najít vzory. V tom byl uznávaným mistrem [33] .

Isidore Rabi nazval Goudsmita „detektivem“ a skutečně měl zřetelnou zálibu v odhalování záhad: absolvoval kurz detektivní práce, měl rád egyptologii a naučil se číst hieroglyfy [29] (dokonce publikoval několik článků v archeologických časopisech, i když považoval se pouze za amatéra [32] ). Tato investigativní záliba v Goudsmitovi přišla vhod během jeho působení na misi Alsos, ale ovlivnila i jeho vědeckou práci. Jeho bývalý postgraduální student a spolupracovník Robert Bacher vzpomínal:

Mezi fyziky nebyl absolutně nikdo jako on. Byl to teoretický fyzik, ale většina teoretiků, očividně nakloněných matematice a naplněných kvantovou mechanikou a tak, by nad Samem ohrnovala nos, protože když má být něco těžké, tak tohle není pro něj... Nicméně, měl spoustu opravdu brilantních nápadů [34] .

Původní text  (anglicky)[ zobrazitskrýt] Ve fyzice nebyl absolutně nikdo jako on. Byl to teoretický fyzik, ale většina teoretiků, velmi matematicky nakloněných a plných kvantové mechaniky a tak dále, by nad Samem ohrnovala nos, protože kdyby něco muselo být komplikované, nebyl to jeho přístup... Ale měl spoustu opravdu geniální nápady.

Uvědomění si omezení jeho vlastních schopností však mělo negativní dopad na jeho duševní stav. Abraham Pais , student Uhlenbecku, napsal:

Prožíval komplex méněcennosti, pocit nejistoty. Myslím, že důvodem byl fakt, že nikdy nebyl silný v teoretické fyzice... ve fyzice byl spíš "detektiv". Ale to ani v nejmenším neovlivnilo můj respekt a přátelské city k němu [29] .

Ocenění [35]

Publikace

Knihy

Hlavní články

Některé články v ruštině

Poznámky

  1. ↑ 1 2 Samuel Abraham Goudsmit // Encyclopædia Britannica 
  2. ↑ 12 S.A. _ Goudsmit // Biografisch Portaal - 2009.
  3. ↑ 12 S.A. _ Goudsmit // KNAW Minulí členové 
  4. ↑ 1 2 B. Bederson. Samuel Abraham Goudsmit (1902-1978)  // Biografické paměti Národní akademie věd. - 2008. - S. 4.
  5. ↑ A. Pais . George Eugene Uhlenbeck // Géniové vědy . - M. : IKI, 2002. - S. 374.
  6. ↑ S. Goudsmit. Objev elektronového spinu (z historie fyziky)  // UFN . - 1967. - T. 93 , čís. 9 . - S. 153 .
  7. ↑ S. Goudsmit. Objev elektronového spinu. S. 154.
  8. ↑ S. Goudsmit. Objev elektronového spinu. S. 155.
  9. ↑ M. Jammer . Evoluce konceptů kvantové mechaniky. - M .: Nauka, 1985. - S. 149-151.
  10. ↑ A. Pais. George Eugene Uhlenbeck. str. 377-379.
  11. ↑ M. Jammer. Evoluce konceptů kvantové mechaniky. s. 152-153.
  12. ↑ M. Jammer. Evoluce konceptů kvantové mechaniky. s. 154-155.
  13. ↑ A. Pais. George Eugene Uhlenbeck. str. 382-383.
  14. ↑ B. Bederson. Samuel Abraham Goudsmit (1902-1978) P. 10.
  15. ↑ A. Pais. George Eugene Uhlenbeck. str. 385-386.
  16. ↑ A. Pais. George Eugene Uhlenbeck. str. 387-388.
  17. ↑ B. Bederson. Samuel Abraham Goudsmit (1902-1978) P.7.
  18. ↑ GW Ford. George Eugene Uhlenbeck (1900-1988)  // Biografické paměti Národní akademie věd. - 2009. - 12. str.
  19. ↑ A. Pais. George Eugene Uhlenbeck. s. 392-393.
  20. ↑ Viz Bacherovy paměti o spolupráci s Goudsmit: Mary Terrall. Rozhovor s Robertem F. Bacherem.  (anglicky) . Projekt orální historie . Archiv Kalifornského technologického institutu. Datum přístupu: 11. května 2010. Archivováno z originálu 28. ledna 2012.
  21. ↑ B. Bederson. Samuel Abraham Goudsmit (1902-1978) P.9.
  22. ↑ 1 2 B. Bederson. Samuel Abraham Goudsmit (1902-1978) str. 11.
  23. ↑ 1 2 B. Bederson. Samuel Abraham Goudsmit (1902-1978) S. 12-13.
  24. ↑ M. Walker. Německý národní socialismus a hledání jaderné energie, 1939-49 . - Cambridge: University Press, 1993. - S. 153-160.
  25. ↑ B. Bederson. Samuel Abraham Goudsmit (1902-1978) str. 14.
  26. ↑ M. Walker. Německý národní socialismus a hledání jaderné energie, 1939-49. str. 154.
  27. ↑ 1 2 B. Bederson. Samuel Abraham Goudsmit (1902-1978) S. 15-16.
  28. ↑ Diskuse Goudsmita a Heisenberga je věnována kapitole knihy: M. Walker. Německý národní socialismus a hledání jaderné energie, 1939-49. S. 204-221.
  29. ↑ 1 2 3 A. Pais. George Eugene Uhlenbeck. str. 388-389.
  30. ↑ B. Bederson. Samuel Abraham Goudsmit (1902-1978) str. 17.
  31. ↑ B. Bederson. Samuel Abraham Goudsmit (1902-1978) S. 18-19.
  32. ↑ 1 2 B. Bederson. Samuel Abraham Goudsmit (1902-1978) str. 20.
  33. ↑ A. Pais. George Eugene Uhlenbeck. S. 375.
  34. ↑ Mary Terrall. Rozhovor s Robertem F. Bacherem. S. 38-39.
  35. ↑ B. Bederson. Samuel Abraham Goudsmit (1902-1978) str. 22.
  36. ↑ Samuel Goudsmit na stránkách John Simon Guggenheim Memorial Foundation . Získáno 12. 5. 2017. Archivováno z originálu 29. 8. 2019.

Literatura

Odkazy

  Přejděte na položku Wikidata  Tematické stránky
Slovníky a encyklopedie