Фриц Лондон

Фриц Лондон (нем. Fritz London; 7 марта 1900, Бреслау, Германская империя — 30 марта 1954, Дарем, Северная Каролина, США) — немецкий и американский физик-теоретик, один из основоположников квантовой теории химической связи и теории сверхпроводимости. Внёс фундаментальный вклад в понимание природы межмолекулярных сил (силы Лондона), а также совместно с братом Хайнцем Лондоном разработал феноменологическую теорию сверхпроводимости (уравнения Лондонов).

Биография

Ранние годы и образование

Фриц Лондон родился в еврейской семье в Бреслау (ныне Вроцлав, Польша). Его отец, Франц Лондон, был профессором математики в местном университете. Фриц с детства проявлял интерес к математике и физике. После окончания гимназии он поступил в Боннский университет, где изучал философию и физику, однако вскоре перевёлся в Мюнхенский университет, где посещал лекции Арнольда Зоммерфельда. В 1921 году Лондон защитил докторскую диссертацию по философии в Мюнхене, посвящённую теории познания. Однако впоследствии он полностью переключился на физику, продолжив обучение в Гёттингене и Цюрихе.

Научная карьера в Европе

В 1925 году Лондон начал работать в Цюрихе под руководством Эрвина Шрёдингера, где активно участвовал в разработке квантовой механики. В 1927 году он совместно с Вальтером Гайтлером опубликовал знаменитую работу «О взаимодействии атомов в молекуле водорода», которая заложила основы квантовой химии. В 1928 году Лондон получил должность приват-доцента в Берлинском университете, а затем работал в Лейпциге у Вернера Гейзенберга.

С приходом к власти нацистов в 1933 году Лондон, будучи евреем, был вынужден покинуть Германию. Он эмигрировал в Великобританию, где работал в Оксфордском университете, а затем переехал во Францию, в Институт Анри Пуанкаре в Париже. В 1936 году он получил французское гражданство.

Переезд в США и последние годы

В 1939 году, с началом Второй мировой войны, Лондон переехал в США. Он получил должность профессора теоретической химии в Университете Дьюка (Дарем, Северная Каролина), где проработал до конца жизни. В 1945 году он принял американское гражданство. В послевоенные годы Лондон сосредоточился на теории сверхпроводимости и сверхтекучести. Он скончался от сердечного приступа в 1954 году в возрасте 54 лет.

Научные достижения

Квантовая теория химической связи

В 1927 году Фриц Лондон совместно с Вальтером Гайтлером впервые применил квантовую механику к описанию химической связи в молекуле водорода (H₂). Они показали, что образование связи обусловлено обменным взаимодействием электронов, которое приводит к понижению энергии системы. Эта работа стала основой для развития метода валентных связей (метод Гайтлера — Лондона) и всей квантовой химии. Впоследствии Лондон развил теорию резонанса в молекулах, а также ввёл понятие «силы Лондона» — слабых межмолекулярных взаимодействий, возникающих за счёт мгновенных дипольных моментов.

Силы Лондона

Основная статья: Силы Лондона Силы Лондона (дисперсионные силы) — это часть вандерваальсовых сил, обусловленная квантово-механическими флуктуациями электронной плотности в атомах и молекулах. Лондон впервые теоретически описал их в 1930 году, показав, что они существуют между любыми, даже неполярными, частицами. Эти силы играют ключевую роль в физике конденсированного состояния, химии полимеров, биологии (например, в укладке белков) и нанотехнологиях.

Теория сверхпроводимости

В 1935 году Фриц Лондон совместно со своим младшим братом Хайнцем Лондоном разработал феноменологическую теорию сверхпроводимости, известную как уравнения Лондонов. Эти уравнения описывают поведение магнитного поля в сверхпроводниках и предсказывают эффект Мейснера — полное выталкивание магнитного поля из объёма сверхпроводника. Уравнения Лондонов стали первым успешным макроскопическим описанием сверхпроводимости и остаются важным инструментом в физике низких температур.

Сверхтекучесть

В 1938 году Лондон предложил объяснение явления сверхтекучести гелия-II (жидкий гелий при температурах ниже 2,17 К) на основе квантовой статистики Бозе — Эйнштейна. Он показал, что атомы гелия, являясь бозонами, могут образовывать конденсат Бозе — Эйнштейна, что приводит к макроскопическим квантовым эффектам, таким как нулевая вязкость. Эта идея позже была развита Львом Ландау и другими физиками.

Признание и наследие

Фриц Лондон не был удостоен Нобелевской премии, однако его работы оказали огромное влияние на развитие физики и химии XX века. В его честь названы:

• Уравнения Лондонов в теории сверхпроводимости.
• Силы Лондона (дисперсионные силы).
• Премия Фрица Лондона — ежегодная награда за выдающиеся достижения в области физики низких температур, учреждённая в 1957 году.
• Кратер Лондон на обратной стороне Луны.

Среди учеников и последователей Лондона — такие учёные, как Джон Бардин (создатель теории БКШ), Лев Ландау и Ричард Фейнман.

Основные публикации

• London F. Zur Quantenmechanik der homöopolaren Valenzchemie // Zeitschrift für Physik. — 1927. — Bd. 46, H. 7–8. — S. 455–477 (совместно с W. Heitler).
• London F. Über die van der Waalsschen Kräfte // Zeitschrift für Physik. — 1930. — Bd. 63, H. 3–4. — S. 245–279.
• London F. The Electromagnetic Equations of the Supraconductor // Proceedings of the Royal Society of London. Series A. — 1935. — Vol. 149, No. 866. — P. 71–88 (совместно с H. London).
• London F. Superfluids. — New York: John Wiley & Sons, 1950. — Vol. 1: Macroscopic Theory of Superconductivity.

Интересные факты

• Фриц Лондон был братом Хайнца Лондона, также известного физика, работавшего в области сверхпроводимости и криогеники.
• Лондон свободно владел несколькими языками, включая немецкий, французский и английский, и писал философские эссе.
• В 1953 году, за год до смерти, Лондон опубликовал книгу «Superfluids», которая стала классическим трудом по теории сверхтекучести и сверхпроводимости.

Источники

• Gavroglu K. Fritz London: A Scientific Biography. — Cambridge University Press, 1995.
• London F. Superfluids. — New York: John Wiley & Sons, 1950.
• Heitler W., London F. Zur Quantenmechanik der homöopolaren Valenzchemie // Zeitschrift für Physik. — 1927.
• London F., London H. The Electromagnetic Equations of the Supraconductor // Proceedings of the Royal Society of London. — 1935.