Ханс Бете

Ханс Бете — американский физик-теоретик немецкого происхождения, один из основоположников квантовой механики, ядерной физики и астрофизики. Лауреат Нобелевской премии по физике (1967) за открытие термоядерных реакций, обеспечивающих энерговыделение звёзд. Наиболее известен своими работами по теории ядерных реакций, расчёту критической массы для атомной бомбы и разработкой цикла Бете — Вайцзеккера (CNO-цикла).

Биография

Ранние годы и образование

Ханс Альбрехт Бете родился 2 июля 1906 года в Страсбурге, входившем в то время в состав Германской империи. Его отец, Альбрехт Бете, был профессором физиологии, мать, Анна Кун, — дочерью профессора медицины. Семья была протестантской, хотя мать имела еврейское происхождение. В 1915 году семья переехала во Франкфурт-на-Майне, где Бете окончил гимназию.

В 1924 году поступил во Франкфуртский университет, где изучал физику. В 1926 году перевёлся в Мюнхенский университет, где его научным руководителем стал Арнольд Зоммерфельд. В 1928 году защитил докторскую диссертацию на тему «Теория дифракции электронов в кристаллах». В 1929 году получил степень хабилитированного доктора.

Начало научной карьеры

В 1929—1930 годах работал ассистентом в Мюнхенском университете, затем в 1930—1932 годах — в Кембриджском университете (Великобритания) и в Римском университете у Энрико Ферми. В 1932 году вернулся в Германию, где занял должность доцента в Тюбингенском университете. Однако с приходом к власти нацистов в 1933 году, из-за еврейского происхождения матери, был уволен с государственной службы.

Эмиграция и работа в США

В 1933 году Бете эмигрировал в Великобританию, где работал в Манчестерском университете. В 1935 году переехал в США, где стал профессором Корнеллского университета (Итака, штат Нью-Йорк). В Корнелле он проработал до выхода на пенсию в 1975 году, за исключением периода участия в Манхэттенском проекте.

Участие в Манхэттенском проекте

В 1942 году Бете был приглашён Робертом Оппенгеймером для участия в Манхэттенском проекте — разработке атомной бомбы. Он возглавил теоретический отдел в Лос-Аламосской лаборатории. Основной задачей Бете было проведение расчётов критической массы урана-235 и плутония-239, а также изучение механизмов цепной ядерной реакции. Его работа стала ключевой для создания как урановой бомбы «Малыш», так и плутониевой «Толстяк». После войны Бете активно выступал за гражданский контроль над ядерными исследованиями и против гонки вооружений.

Послевоенная деятельность

После войны Бете вернулся в Корнеллский университет, где продолжил исследования в области ядерной физики и астрофизики. В 1950-х годах он участвовал в разработке водородной бомбы (термоядерного оружия), но впоследствии стал одним из ведущих учёных, призывавших к ограничению ядерных испытаний. В 1967 году получил Нобелевскую премию по физике «за вклад в теорию ядерных реакций, особенно за открытия, касающиеся источников энергии звёзд».

В 1970-х и 1980-х годах Бете активно занимался вопросами ядерной безопасности и разоружения, консультировал правительство США. В 1995 году, в возрасте 89 лет, он опубликовал статью, в которой призвал к полному запрету ядерных испытаний. Умер 6 марта 2005 года в Итаке, штат Нью-Йорк, в возрасте 98 лет.

Научные достижения

Квантовая механика и теория твёрдого тела

В 1929 году Бете разработал метод точного решения одномерной модели квантового магнетика — так называемую «гипотезу Бете» (Bethe ansatz). Этот метод позволяет находить собственные значения и собственные функции для системы взаимодействующих частиц на одномерной решётке. Гипотеза Бете стала основой для многих современных методов в физике конденсированного состояния и квантовой теории поля.

Ядерная физика

В 1930-х годах Бете внес фундаментальный вклад в теорию ядерных реакций. Он разработал теорию составного ядра (совместно с Виктором Вайскопфом), которая описывает механизмы захвата и испускания частиц ядром. В 1936 году он опубликовал обзорную статью «Ядерная физика» (Nuclear Physics), которая на десятилетия стала стандартным учебным пособием. В этой статье были систематизированы известные на тот момент данные о ядерных реакциях, радиоактивности и свойствах ядер.

Звёздная энергия

В 1938 году Бете, независимо от Карла фон Вайцзеккера, предложил механизм термоядерных реакций, объясняющий источник энергии звёзд. Он описал два основных цикла:

• Протон-протонный цикл (p-p-цикл): последовательность реакций, в которых четыре протона превращаются в ядро гелия-4 с выделением энергии. Этот цикл преобладает в звёздах малой массы, таких как Солнце.
• Углеродно-азотный цикл (CNO-цикл): реакции, катализируемые ядрами углерода, азота и кислорода, также приводящие к синтезу гелия-4. Этот цикл доминирует в более массивных звёздах.

За это открытие Бете был удостоен Нобелевской премии по физике в 1967 году.

Критическая масса и нейтронные сечения

В рамках Манхэттенского проекта Бете провёл расчёты критической массы для урана-235 и плутония-239. Он также рассчитал сечения взаимодействия нейтронов с ядрами, что позволило определить оптимальные размеры и конфигурацию ядерного заряда. Его работы легли в основу теории ядерных взрывных устройств.

Астрофизика

После войны Бете занимался вопросами эволюции звёзд, нейтринной астрофизики и сверхновых. Он участвовал в разработке теории нейтронных звёзд и чёрных дыр. В 1970-х годах он совместно с Джеральдом Брауном разработал модель сверхновой с коллапсом ядра, которая объясняет механизм взрыва массивных звёзд.

Основные труды

• Bethe H. A., Salpeter E. E. Quantum Mechanics of One- and Two-Electron Atoms. — 1957.
• Bethe H. A., Morrison P. Elementary Nuclear Theory. — 1956.
• Bethe H. A. Nuclear Physics (обзорная статья, 1936).
• Bethe H. A. Energy Production in Stars (статья, 1939).

Награды и признание

• Нобелевская премия по физике (1967).
• Медаль Макса Планка (1955) — высшая награда Немецкого физического общества.
• Премия Энрико Ферми (1961) — за вклад в ядерную энергетику.
• Национальная научная медаль США (1975).
• Медаль Ломоносова АН СССР (1989).
• Член Национальной академии наук США (1944), Американской академии искусств и наук (1947), Лондонского королевского общества (1957).

Личная жизнь

В 1939 году Бете женился на Розе Эвальд, дочери физика Пауля Эвальда. У них было двое детей: сын Генри и дочь Моника. Бете был известен своей скромностью, педантичностью и преданностью науке. В свободное время увлекался альпинизмом и музыкой.

Критика и общественная позиция

После Второй мировой войны Бете подвергался критике со стороны части научного сообщества за участие в разработке оружия массового поражения. Однако он последовательно выступал за контроль над вооружениями и подписал несколько петиций против ядерных испытаний. В 1995 году он опубликовал открытое письмо президенту США Биллу Клинтону, призывая к подписанию Договора о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний. Бете также критиковал программу СОИ (Стратегическая оборонная инициатива) президента Рейгана, считая её технически нереализуемой.

Источники

• Bethe H. A. From a Life of Physics: Autobiographical Notes. — World Scientific, 1991.
• Bernstein J. Hans Bethe: Prophet of Energy. — Basic Books, 1980.
• Brown G. E., Lee C.-H. Hans Bethe and His Physics. — World Scientific, 2006.
• Schweber S. S. In the Shadow of the Bomb: Bethe, Oppenheimer, and the Moral Responsibility of the Scientist. — Princeton University Press, 2000.
• Нобелевская лекция Ханса Бете (1967).