Simon, František

Francis Simon / Franz Eugen Simon
Sir Francis Simon / Franz Eugen Simon
Datum narození 2. července 1893( 1893-07-02 )
Místo narození Berlín
Datum úmrtí 31. října 1956 (ve věku 63 let)( 1956-10-31 )
Místo smrti Oxford
Země Německo, Velká Británie
Vědecká sféra fyzika
Místo výkonu práce Univerzita v Berlíně Univerzita
v Breslau
Univerzita v Oxfordu
Alma mater Berlínská univerzita
vědecký poradce Walter Nernst
Studenti Kurt Mendelsohn
Brebis Blini
Známý jako významný specialista v oblasti fyziky nízkých teplot
Ocenění a ceny
Velitel Řádu britského impéria Železný kříž I. třídy
 Mediální soubory na Wikimedia Commons

Francis Simon nebo Franz Eugen Simon ( anglicky  Sir Francis Simon , německy  Franz Eugen Simon ; 2. července 1893 , Berlín – 31. října 1956 , Oxford ) byl německý a britský experimentální fyzik . Člen Královské společnosti v Londýně ( 1941 ). Vědecké práce se věnují především fyzice nízkých teplot a vysokých tlaků, jaderné fyzice , magnetismu .

Životopis

Raná léta. Služba v armádě (1893-1919)

Franz Eugen Simon se narodil v Berlíně bohatému židovskému obchodníkovi. Mezi jeho předky z matčiny strany patří slavný filozof Moses Mendelssohn . V roce 1903 Simon vstoupil na gymnázium Kaisera Friedricha ( Kaiser Friedrich Reform Gymnasium ), kde studoval latinu a řečtinu a další klasické předměty, během prázdnin navštívil Velkou Británii, aby si procvičil angličtinu . Přesto projevoval zřetelný příklon k přírodním vědám, čehož si všiml rodinný přítel, uznávaný biochemik Leonor Michaelis . Michaelis přesvědčil Simonovy rodiče, aby mu dovolili vybrat si fyziku jako své povolání. V roce 1912 vstoupil Simon na Berlínskou univerzitu , kde zamýšlel studovat fyziku, chemii a matematiku. V té době byla mezi studenty běžná praxe návštěv jiných univerzit v prvních dvou letech studia (během této doby nebyly poskytovány žádné zkoušky), takže Simon šel nejprve na univerzitu v Mnichově , kde studoval u Arnolda Sommerfelda , a poté do Göttingenu [1] .

Na podzim roku 1913 byl Simon povolán na roční vojenskou službu a na začátku první světové války byl ještě v armádě . Následující čtyři roky sloužil u polního dělostřelectva (v hodnosti poručíka ) především na západní frontě . Při jednom z plynových útoků byl otráven a dvakrát zraněn. Druhá rána, utržená pouhé dva dny před příměřím v Compiègne , se ukázala být tak vážná, že byl z nemocnice propuštěn až na jaře 1919 . Za osobní odvahu byl Šimon vyznamenán Železným křížem 1. třídy , ale následně na tuto stránku svého života nevzpomínal rád [2] .

Berlín (1919–1930)

Na jaře 1919 Simon pokračoval ve studiích na univerzitě v Berlíně, navštěvoval přednášky Maxe Plancka , Maxe von Laue , Fritze Habera a Waltera Nernsta . Ten se stal Simonovým školitelem, který v lednu 1920 začal pracovat na své doktorské disertaci. Práce na chování měrné tepelné kapacity látek při nízkých teplotách byly ukončeny po 18 měsících. Po obdržení doktorátu v prosinci 1921 zůstal Simon na univerzitě. V roce 1922 byl jmenován Nernstovým asistentem a ve stejném roce se oženil s Charlotte Munchhausen , která mu porodila dvě dcery [3] .

V této době Simon pracoval na Univerzitním institutu fyziky a chemie, který vedl nejprve Nernst a poté Max Bodenstein . V roce 1924 získal Simon pozici privatdozent a v roce 1927 - odborný asistent ( Außerordentliche professor ). Během dvacátých let se mu podařilo na ústavu vytvořit oddělení fyziky nízkých teplot, které pokračovalo v plodné práci na studiu tepelné kapacity těles, výrobě pevného helia , studiu adsorpce plynů a struktury krystalů. K provedení všech těchto prací bylo nutné vyvinout nové zařízení: podle projektu Simon byl v ústavu vytvořen nový zkapalňovač vodíku, jehož kopie byly postaveny v mnoha laboratořích po celém světě, a závod na zkapalňování helia, tzv. v té době čtvrtá na světě. Na konci dvacátých let byl Simon již široce známý ve vědeckých kruzích a byl zván na různé konference a setkání. Zejména v létě 1930 navštívil společně se svou ženou Sovětský svaz , navštívil Oděsu , Moskvu a Leningrad [4] .

Breslau (1931–1933)

Na začátku roku 1931 se Simon přestěhoval do Breslau jako profesor fyzikální chemie na místní Technické univerzitě ( Technische Hochschule Breslau , nyní Wrocław University of Technology ). Strávil jarní semestr 1932 na University of California, Berkeley , kam přijel na pozvání Gilberta Lewise . Zde Simon realizoval myšlenku zkapalnění hélia metodou adiabatické expanze. Po návratu do Vratislavi byl jmenován děkanem Fakulty chemické a báňské a ponořil se do administrativních záležitostí. V lednu 1933 , po nástupu nacistů k moci v Německu , si Simon uvědomil potřebu emigrovat. Přestože protižidovské zákony v té chvíli ještě neovlivnily jeho postavení (účastníci světové války nebyli vyloučeni z univerzit), začal si hledat vhodné místo v zahraničí. V červnu 1933 obdržel pozvání od Fredericka Lindemanna , ředitele Clarendon Laboratory na Oxfordské univerzitě (viz Clarendon Laboratory ), a s radostí jej přijal [5] .

Oxford (1933–1956)

V srpnu 1933 dorazil Simon a jeho rodina do Oxfordu. Lindemannovi se podařilo zajistit výzkumné granty od Imperial Chemical Industries pro Simona a další tři uprchlíky z Německa (také specialisty na fyziku nízkých teplot a také z Breslau) - Kurta Mendelsohna (Simonův bratranec), Nicholase Kurtiho a Heinze Londona . Simon si s sebou z Německa vzal nějaké vybavení a začal zakládat experimentální práci v Clarendon Laboratory, rozšiřující rozsáhlý výzkum magnetického chlazení a dalších témat [6] . Simon se však nespokojil se skromnými možnostmi laboratoře, chtěl větší nezávislost a hledal vhodné profesorské místo. Tato hledání byla neúspěšná: nepodařilo se mu získat místo na univerzitě v Birminghamu a sám odmítl nabídky z Istanbulu a Jeruzaléma . Kvůli skromným možnostem v Oxfordu musel hodně cestovat: navštívil Amsterdam , kde bylo zařízení pro studium vlastností kapalin při vysokých tlacích a práce na magnetickém chlazení ho přivedly k úzké spolupráci (zejména v letech 1935-1938) s pařížská laboratoř Aimé Cotton , ve které byly přístroje pro získávání dostatečně silných magnetických polí [7] . Ačkoli zpočátku Simon neměl stálé místo na univerzitě, krátce po svém příjezdu získal titul Master of Arts a byl přijat na profesuru ( Senior Common Room ) na Balliol College a v roce 1935 začal přednášet termodynamiku. Na konci roku 1938 získal Simon britské občanství a od té doby se stále více rozšířila anglická verze jeho jména Francis Simon [8] .

Po vypuknutí druhé světové války byly práce v laboratoři zastaveny, ale vláda se stále neodvážila zatahovat nedávné imigranty do vojenských problémů. Se spoustou volného času Simon a jeho další uprchlíci (především Rudolf Peierls a Otto Frisch ) začali aktivně rozvíjet nové téma atomové energie [9] . Teprve v létě 1940 byly práce na toto téma oficiálně schváleny. Protože jeho žena a děti byly evakuovány do Kanady , Simon se mohl plně soustředit na svou práci na britském atomovém projektu (viz Tube Alloys ), se zaměřením na separaci izotopů . Za účast na tomto projektu mu byl v roce 1946 udělen Řád britského impéria . O rok dříve získal Simon pozici zaměstnance ( studenta ) Christ Church College a poté titul profesora a vedení katedry termodynamiky, která byla pro něj speciálně uspořádána [8] .

V poválečném období Simon věnoval velkou pozornost společensko-politickým otázkám, v letech 1948-1951 byl vědeckým zpravodajem The Financial Times , spolupracoval s Atomic Energy Authority (viz Atomic Energy Authority ), byl členem výzkumu rada Britského úřadu pro elektřinu ) a Rada Královské společnosti v Londýně , sloužil jako předseda Komise pro velmi nízké teploty Mezinárodní unie čisté a aplikované fyziky . Zároveň zahájil aktivní práci na fyzice nízkých teplot v Clarendonově laboratoři, rozšířil personální a přístrojové vybavení svého oddělení [10] .

V roce 1956 byl Simon zvolen Lindemannovým nástupcem (tehdy lordem Cherwellem) profesorem experimentální filozofie Dr. Lee a ředitelem Clarendon Laboratory. V létě onemocněl kvůli exacerbaci ischemické choroby srdeční , ze které se postupně začal zotavovat. 1. října 1956 nastoupil Simon do funkce ředitele laboratoře, ale koncem října došlo k relapsu nemoci a 31. října zemřel [11] .

Vědecká činnost

Tepelná kapacita a třetí termodynamický zákon

Simonovy první práce (počátek 20. let 20. století) byly věnovány studiu chování měrné tepelné kapacity látek při nízkých teplotách. Toto téma úzce souvisí s odůvodněním třetího termodynamického zákona , který již dříve formuloval Simonův vedoucí Walter Nernst ve formě tzv. tepelné věty . Simonovu pozornost přitahovaly především různé anomálie (anomálie typu lambda, Schottkyho anomálie a další), které jako by porušovaly požadovanou tendenci entropie ke stejné hranici , jak se blíží absolutní nule , bez ohledu na fázový stav látky. Simon poukázal na to, že ve všech takových případech systém není ve stavu vnitřní rovnováhy , a proto na něj nelze použít obvyklé termodynamické koncepty. Tato situace nastává v případě amorfních látek , různých směsí a slitin v tzv. metastabilních stavech [12] . Provedená práce umožnila Simonovi podat novou formulaci třetího termodynamického zákona [13] a jak poznamenává Nicholas Curti ,

Skutečnost, že Nernstův tepelný teorém je nyní považována za třetí termodynamický zákon, který má stejný základní význam jako první a druhý zákon, je z velké části způsobena prací a vlivem Simona [12] .

Původní text  (anglicky)[ zobrazitskrýt] Skutečnost, že Nernstův teorém je nyní považována za 3. termodynamický zákon, který je v základní důležitosti stejný jako 1. a 2. zákon, je z velké části způsobena Simonovou prací a vlivem.

Simonovy výsledky v této oblasti našly také praktické využití: jeho analýzu rovnováhy grafit/diamant použila společnost General Electric k úspěšnému získání umělých diamantů . Nicméně Simon také předpověděl existenci skutečných fundamentálních anomálií v chování tepelné kapacity spojené s kvantovými efekty. První taková anomálie byla objevena v roce 1929 v pevném vodíku a je spojena s existencí dvou jeho modifikací, para- a ortho-vodíku (druhá se vyznačuje degenerací základního stavu). V 50. letech se Simon vrátil ke studiu vlastností ortho-para systémů [12] .

Kryogenika a související výzkum

V roce 1926 Simon vyvinul metodu adiabatické desorpce k získání kapalného hélia : plyn je čerpán z nádoby s héliem adsorbovaným uhlím při teplotě kapalného vodíku , což umožňuje, aby teplota prudce klesla pod kritickou teplotu. V roce 1932 navrhl novou metodu zkapalňování helia – tzv. expanzní metodu založenou na jeho izoentropické expanzi [14] . Tento přístup se ukázal jako relativně jednoduchý a levný a umožnil zintenzivnit nízkoteplotní výzkum v Clarendon Laboratory a dalších vědeckých centrech [15] .

Vyvinuté metody chlazení Simon aktivně aplikoval při studiu vlastností látek při extrémně nízkých teplotách. Na počátku třicátých let zahájil sérii studií o vlastnostech kapalného a pevného helia , které pokračovaly i v poválečných letech. Zejména byly studovány křivky tání helia, byla demonstrována role povrchového filmu kapalného helia v tepelné odezvě nádrže s touto kapalinou, byly studovány procesy přenosu tepla v kapalném heliu při teplotách pod 1 K a tak dále [16] .

Ještě v Berlíně začal Simon pracovat na studiu křivek tání látek, jako je helium pod tlakem. Výsledkem této práce bylo ukázat platnost zákona odpovídajících stavů v tomto případě a získat semiempirický výraz pro tlak tání, který bylo možné aplikovat na jiné látky, které byly v té době nedostupné. pro studium. V poválečném období byla křivka tání helia sledována až do tlaků 7300 atmosfér, což odpovídá bodu tání 50 K. Nebyl nalezen žádný důkaz pro existenci kritického bodu pro přechod pevná látka-kapalina [17]. .

V posledních letech Simon začal pracovat na studiu tepelné vodivosti dielektrických krystalů , která je omezena na Umklappův rozptyl ( fononový rozptyl v důsledku vzájemných kolizí) a procesy fononového rozptylu na hranicích krystalů. Simon a kol. vzorku [18] .

Magnetické a jaderné chlazení

Metoda pro získání nízkých teplot prostřednictvím adiabatické demagnetizace paramagnetických solí byla navržena v roce 1926 nezávisle Peterem Debye a Williamem Gyokem . Na začátku třicátých let se Simonovi podařilo prokázat, že nejnižší dosažitelná teplota je určena tepelnou anomálií spojenou s výskytem uspořádaných orientací spinů elektronů . V roce 1934 spolu s Nicholasem Curtim zahájil sérii experimentů na magnetickém chlazení. Nejprve bylo nutné zavést termodynamickou teplotní stupnici v novém rozsahu, tedy naučit se určovat teplotu dosaženou tímto přístupem (lze to provést např. zahříváním látky gama zářením ). Poté bylo možné měřit vlastnosti látek (paramagnetických solí) v závislosti na teplotě, zejména byl studován proces přechodu spinového systému do uspořádaného stavu. Mezi další aplikace magnetického chlazení patří chlazení různých látek v novém teplotním rozsahu, hledání nových supravodičů , měření tepelné relaxace a tepelné vodivosti látek a tak dále [19] .

V roce 1935, spolu s Curtim a nezávisle na Cornelis Gorter , Simon předložil myšlenku jaderného chlazení . Jak bylo ukázáno v pracích o adiabatické demagnetizaci, mezní teplota chlazení je určena interakční energií spinů (nebo magnetických momentů ) elektronů. Na druhou stranu interakční energie nukleárních magnetických momentů je mnohem menší, takže pokud je paramagnetismus látky určen jejími jadernými spiny, lze dosáhnout ještě nižších teplot. V dalších letech Simon možnost implementace tohoto přístupu zdůvodnil, ale bylo to spojeno s velkými experimentálními potížemi, zejména s nutností získat dostatečně silná magnetická pole a předchlazení na setiny K. Proto první úspěšné experimenty na jaderné chlazení bylo provedeno až v létě 1956. kdy bylo možné snížit teplotu rotace na 10 μK [20] [21] [22] .

Separace izotopů

Krátce po vypuknutí druhé světové války se Simon dozvěděl o možnosti získat jaderné výbušniny na bázi uranu-235 . V souvislosti s tím vyvstala otázka vytvoření účinných metod pro separaci tohoto izotopu . Již v létě 1940 začaly první experimenty na separaci plynné směsi izotopů přes membránu difúzí . Protože všichni britští fyzici byli již zapojeni do vojenské práce, účastnili se těchto studií stejní imigranti jako Simon. První pokusy byly spíše primitivní. Podle Nicholase Kurtiho,

I když by bylo s nadsázkou říci, jako v nějaké chatrné vzpomínce, že první experimenty se separací izotopů v Clarendon Laboratories byly provedeny na sycené vodě pomocí kuchyňského filtru paní Simonové, nebylo to tak daleko od pravdy [23] .

Původní text  (anglicky)[ zobrazitskrýt] Ačkoli by tedy bylo přehnané říci, jak se to stalo v některých odlehčených vzpomínkách, že první separační experimenty v Clarendonu byly provedeny na sodové vodě s pomocí kuchyňského sítka paní Simonové, pravda není daleko.

Po vytvoření britského atomového projektu získala tato díla oficiální status. Velkou roli v tom (spolu s „Frisch-Peierlsovým memorandem“) sehrála zpráva sestavená Simonem a také skutečnost, že Lord Cherwell , vedoucí Clarendon Laboratory, byl vědeckým poradcem Winstona Churchilla [24] . Práce v Simonově skupině byla výrazně rozšířena: byly provedeny studie vlastností hexafluoridu uranu a kovového uranu, různé typy membrán a již v prosinci 1940 Simon představil realistický projekt závodu na separaci izotopů uranu. Experimentálně byly studovány další možnosti separace, zejména metoda centrifugace, jejíž teorii vytvořil Paul Dirac . Výsledky získané Simonem a jeho skupinou byly také použity v rámci projektu Manhattan [23] .

Simonova osobnost a sociální postavení

Během války se Simon mohl blíže seznámit s organizací anglické vědy a průmyslu. Tato známost mu umožnila vytvořit si vlastní poněkud pesimistický pohled na roli a vyhlídky vědy v britské společnosti. Jako specialista na termodynamiku důrazně vystupoval proti zbytečnému plýtvání palivem a lidskou námahou, volal po úspoře uhlí, nejdůležitějšího zdroje paliva, a nahrazení tradičních topných systémů rozumnějšími. Jeho činnost v této věci byla z velké části dána nedostatkem uhlí v poválečné době. Zároveň nesdílel příliš optimistický pohled na vyhlídky jaderné energetiky , protože se domníval, že uhlí bude i nadále hlavním zdrojem tepla v dohledné době. Simon byl obzvláště znepokojen stavem vědy v Anglii. Argumentoval tím, že se mu v porovnání s jinými zeměmi (USA a zejména SSSR) nevěnuje dostatečná pozornost a tato mezera se podle jeho názoru bude jen zvětšovat, což může mít vážné důsledky pro budoucnost Velké Británie [25 ] . V jednom ze svých posledních článků napsal:

Musíme mít dlouhodobou politiku, jejíž nezbytnou součástí by bylo přizpůsobení našeho vzdělávacího systému požadavkům technologického věku. Bez politiky nemůžeme soupeřit se Sověty. <...> v Británii musí dojít k důkladnému přehodnocení role vědy a musíme překonat nedostatek porozumění mezi humanitními vědami, které zastávají téměř všechny klíčové pozice v zemi [9] .

Původní text  (anglicky)[ zobrazitskrýt] Musíme mít dlouhodobou politiku, jejíž nezbytnou součástí by bylo přizpůsobení našeho vzdělávacího systému požadavkům technologického věku. Bez politiky nebudeme schopni konkurovat Sovětům. <...> v Británii musí dojít k důkladnému přehodnocení role vědy a budeme muset překonat nedostatek porozumění u umělců, kteří zastávají téměř všechny klíčové pozice v zemi.

Simon nebyl dobrý lektor, obecně nerad mluvil na veřejnosti (všechny jeho projevy byly pečlivě připraveny a vyžadovaly od něj hodně úsilí). Jeho působení na studenty a kolegy se uskutečňovalo spíše prostřednictvím neformálních kontaktů a užší komunikace. Přestože žil dlouhou dobu v Anglii, mluvil anglicky s mírným přízvukem a nebyl si jist znalostí jazyka, říkal si „viceprezident Union of Broken English Speakers“ (předsednictví předal svému příteli Fritz London ). Stěžoval si na nespolehlivou paměť, nosil s sebou vždy sešit, kam si zapisoval informace, které slyšel [26] .

Simon byl vždy připraven pomoci svým kolegům, kteří odešli z nacistického Německa, ale i po válce s obavami sledoval situaci ve své vlasti s tím, že v zemi stále žije duch fašismu a že mnoho vědců a politiků, kteří spolupracovali s Nacisté stále zastávali důležité posty. Jeho úspěšná práce v Clarendon Laboratory, která se stala jedním z největších center kryogeniky, byla z velké části způsobena dobrou atmosférou v týmu. Nicholas Curti o tom napsal:

Dá se říci, že Clarendonští nízkoteplotní fyzici, rozesetí po mnoha zemích, tvořili něco jako velkou rodinu se Simonem v čele. Neustále si s nimi dopisoval, udržoval je v zájmu jeden o druhého i o práci toho druhého a na svých mnoha cestách je vždy navštěvoval [26] .

Původní text  (anglicky)[ zobrazitskrýt] Dá se říci, že Clarendonovi nízkoteplotní fyzici, rozptýlení po mnoha zemích, tvořili něco jako velkou rodinu se Simonem v čele. Neustále si s nimi dopisoval, udržoval jejich zájem o sebe navzájem ao práci, kterou každý dělal, a na svých mnoha cestách je vždy vyhledával.

Jeden ze Simonových bývalých spolupracovníků ho popsal v nekrologu v Nature :

Byl rozpustilý, mrštný, velkorysý a srdečný, vždy dostupný, nebylo možné ho urazit [27] .

Původní text  (anglicky)[ zobrazitskrýt] Byl rozpustilý, rtuťnatý, velkorysý a srdečný, vždy přístupný, nedalo se urazit.

Ocenění a připomínky

British Institute of Physics uděluje Simon Memorial Prize od roku 1959.

Publikace

Hlavní vědecké práce

Simon je autorem více než 120 vědeckých článků, z nichž lze spíše podmínečně vyzdvihnout:

Publicistika

Simon je autorem řady op-ed článků pro různé publikace, včetně The Sunday Times a The Financial Times (několik let byl korespondentem posledně jmenovaných). Některé z publikací jsou uvedeny níže:

Poznámky

  1. ↑ Kurti, 1958 , pp. 224-226.
  2. ↑ Kurti, 1958 , str. 226.
  3. ↑ Kurti, 1958 , str. 227.
  4. ↑ Kurti, 1958 , pp. 227-228.
  5. ↑ Kurti, 1958 , str. 229.
  6. ↑ Kurti, 1958 , str. 230.
  7. ↑ J. Morrell. The Lindemann Era // Fyzika v Oxfordu, 1839-1939: laboratoře, učení a vysokoškolský život / ed. R. Fox, G. Gooday. - Oxford: University Press, 2005. - S. 252. Archivováno 20. prosince 2016 na Wayback Machine
  8. ↑ 1 2 Kurti, 1958 , str. 231.
  9. ↑ 12 Rabinowitch , 1956 , str. 382.
  10. ↑ Kurti, 1958 , str. 232.
  11. ↑ Kurti, 1958 , str. 233.
  12. ↑ 1 2 3 Kurti, 1958 , str. 233-235.
  13. ↑ Změny Simonova znění viz KJ Laidler. Svět fyzikální chemie . - Oxford: University Press, 1995. - S. 128. Archivováno 20. prosince 2016 na Wayback Machine
  14. ↑ Simonovu metodu viz např. GK White, PJ Meeson. Experimentální techniky ve fyzice nízkých teplot . - Oxford: University Press, 2002. - S. 11. Archivováno 20. prosince 2016 na Wayback Machine ; M. Mukhopadhyay. Simon Heliový proces zkapalňování // Základy kryogenního inženýrství . — PHI Learning Pvt. Ltd. - S. 99-103. Archivováno 20. prosince 2016 na Wayback Machine
  15. ↑ Kurti, 1958 , str. 241.
  16. ↑ Kurti, 1958 , str. 236.
  17. ↑ Kurti, 1958 , str. 237.
  18. ↑ Kurti, 1958 , str. 238.
  19. ↑ Kurti, 1958 , str. 239.
  20. ↑ Kurti, 1958 , str. 240.
  21. ↑ SW Van Scive. Kryogenika helia . - New York: Plenum Press, 1986. - S. 373. Archivováno 20. prosince 2016 na Wayback Machine
  22. ↑ F. Pobell. Látka a metody při nízkých teplotách . - Berlin: Springer, 2007. - S. 217. Archivováno 20. prosince 2016 na Wayback Machine
  23. ↑ 1 2 Kurti, 1958 , pp. 242-243.
  24. ↑ Podle F. Dahla. Těžká voda a válečný závod o jadernou energii . - IOP Publishing, 1999. - S. 123. Archivováno 20. prosince 2016 na Wayback Machine
  25. ↑ Kurti, 1958 , pp. 243-245.
  26. ↑ 1 2 Kurti, 1958 , pp. 246-250.
  27. ↑ Jones, 1956 , str. 1434-1435.

Literatura

  Přejděte na položku Wikidata  Tematické stránky
Slovníky a encyklopedie