Петер Дебай

Петер Дебай (полное имя Петрус Йозефус Вильгельмус Дебай, нидерл. Petrus Josephus Wilhelmus Debije; 24 марта 1884, Маастрихт, Нидерланды — 2 ноября 1966, Итака, штат Нью-Йорк, США) — нидерландский и американский физик, физикохимик и математик, лауреат Нобелевской премии по химии 1936 года. Внёс фундаментальный вклад в теорию молекулярных диполей, теорию растворов электролитов, теорию рассеяния рентгеновских лучей и нейтронов, а также в физику твёрдого тела. Именем учёного названы единица измерения электрического дипольного момента (дебай) и ряд физических понятий и эффектов.

Биография

Ранние годы и образование

Петер Дебай родился в Маастрихте (Нидерланды) в семье Жанны Марии Эмилии (урождённой Рёйтер) и Вильгельмуса Дебая, мастера-ремесленника. Окончил начальную школу, затем учился в гимназии в Маастрихте. В 1901 году поступил в Рейнско-Вестфальский технический университет Ахена (Германия), где изучал электротехнику и математику. В 1905 году получил диплом инженера-электрика, после чего перешёл в Мюнхенский университет (Людвиг-Максимилианс-Университет), где под руководством Арнольда Зоммерфельда начал заниматься теоретической физикой. В 1908 году защитил докторскую диссертацию, посвящённую теории излучения.

Научная карьера

После защиты докторской Дебай работал ассистентом у Зоммерфельда, затем у Альберта Эйнштейна в Цюрихе (1911). В 1911 году стал профессором теоретической физики в Цюрихском университете, а в 1912 году — в Утрехтском университете (Нидерланды). В 1914 году перешёл в Гёттингенский университет (Германия), где заведовал кафедрой математической физики. В 1920 году стал профессором экспериментальной физики в Цюрихском политехникуме (ETH Zurich). В 1927 году переехал в Лейпцигский университет, где возглавил Институт физики имени Кайзера Вильгельма (ныне Институт физики Общества Макса Планка). В 1934 году, после прихода к власти нацистов, Дебай, несмотря на давление, остался в Германии, но в 1936 году принял предложение Берлинского университета имени Фридриха Вильгельма (ныне Университет Гумбольдта) и стал директором Института физики Кайзера Вильгельма в Берлине-Далеме.

В 1940 году, после оккупации Нидерландов нацистской Германией, Дебай, имевший нидерландское гражданство, был вынужден остаться в Германии. После войны, в 1946 году, он эмигрировал в США, где стал профессором химии в Корнеллском университете (Итака, штат Нью-Йорк). В 1952 году вышел на пенсию, но продолжал активную научную деятельность до конца жизни.

Личная жизнь

В 1913 году Дебай женился на Матильде Альбертине (урождённой Байерль). У них родились сын Петер и дочь Мария. Дебай был известен своей замкнутостью и сосредоточенностью на науке. Умер 2 ноября 1966 года в Итаке.

Основные научные достижения

Теория дипольных моментов и диэлектриков

В 1912 году Дебай разработал теорию ориентационной поляризации диэлектриков, объяснив зависимость диэлектрической проницаемости полярных жидкостей от температуры и частоты электрического поля. Он ввёл понятие постоянного дипольного момента молекулы и вывел формулу, связывающую диэлектрическую проницаемость с дипольным моментом и температурой (уравнение Дебая). Эта работа заложила основы современной диэлектрической спектроскопии. В честь учёного названа внесистемная единица электрического дипольного момента — дебай (D).

Теория растворов электролитов

В 1923 году совместно с Эрихом Хюккелем Дебай разработал теорию сильных электролитов (теория Дебая — Хюккеля). Она объясняет отклонения поведения растворов электролитов от законов идеальных растворов за счёт учёта электростатических взаимодействий между ионами. Теория ввела понятие ионной атмосферы и позволила рассчитать коэффициенты активности ионов. Эта работа стала важнейшим вкладом в физическую химию.

Рассеяние рентгеновских лучей и нейтронов

В 1915 году Дебай совместно с Паулем Шеррером разработал метод порошковой рентгенографии (метод Дебая — Шеррера), позволяющий исследовать кристаллическую структуру поликристаллических материалов по дифракционной картине. Этот метод широко применяется в материаловедении, химии и геологии. Позднее Дебай развил теорию рассеяния рентгеновских лучей и нейтронов в неупорядоченных системах (жидкостях, аморфных телах), введя понятие структурного фактора.

Теория твёрдого тела

В 1912 году Дебай предложил модель твёрдого тела, в которой атомы рассматриваются как связанные гармонические осцилляторы, взаимодействующие через упругие волны. Эта модель позволила вывести закон теплоёмкости твёрдых тел при низких температурах (закон Дебая), согласно которому теплоёмкость пропорциональна кубу температуры. Модель Дебая стала основой современной теории фононов и тепловых свойств кристаллов.

Другие работы

Дебай также внёс вклад в теорию комбинационного рассеяния света (эффект Рамана), теорию магнитных моментов, теорию диффузии, теорию электронной структуры молекул и теорию ядерных реакций. Он разработал метод измерения молекулярных весов полимеров (светорассеяние) и метод определения размеров коллоидных частиц.

Нобелевская премия

В 1936 году Петер Дебай был удостоен Нобелевской премии по химии «за вклад в наше понимание молекулярной структуры через исследования дипольных моментов и дифракции рентгеновских лучей и электронов в газах». В своей Нобелевской лекции он подвёл итоги своих работ по дипольным моментам и дифракции.

Научное наследие и признание

Именем Дебая названы:

• Единица электрического дипольного момента — дебай.
• Модель Дебая (теория теплоёмкости твёрдых тел).
• Теория Дебая — Хюккеля (теория растворов электролитов).
• Метод Дебая — Шеррера (порошковая рентгенография).
• Длина экранирования Дебая (в плазме и электролитах).
• Частота Дебая (характеристическая частота колебаний атомов в твёрдом теле).
• Температура Дебая (характеристическая температура, связанная с теплоёмкостью).
• Уравнение Дебая (связь диэлектрической проницаемости с дипольным моментом).
• Кратер Дебай на Луне.

Дебай был членом многих академий наук, включая Лондонское королевское общество, Национальную академию наук США, Академию наук СССР (иностранный член-корреспондент). Он был награждён медалью Румфорда (1930), медалью Лоренца (1935) и другими наградами.

Критика и споры

В послевоенные годы и особенно в конце XX века личность Дебая стала предметом споров в связи с его деятельностью в нацистской Германии. В 1938 году, будучи директором Института физики Кайзера Вильгельма, он подал в отставку с поста президента Немецкого физического общества (DPG) в знак протеста против увольнения еврейских учёных, но остался в Германии и продолжал руководить институтом. В 1940 году он написал письмо, в котором выражал лояльность нацистскому режиму, что было вызвано необходимостью сохранить институт и не допустить его закрытия. После войны он эмигрировал в США, где его деятельность не подвергалась критике. В 2006 году, после публикации архивных документов, Нидерландская королевская академия наук и искусств провела расследование, которое не выявило доказательств его активного сотрудничества с нацистами, но признало, что его действия были продиктованы стремлением сохранить научную инфраструктуру. В 2014 году Утрехтский университет переименовал здание, названное в честь Дебая, из-за его связей с нацистским режимом.

Источники

• Nobel Lectures, Chemistry 1922–1941. Elsevier Publishing Company, Amsterdam, 1966.
• Davies, M. (1970). "Peter Debye". Biographical Memoirs of Fellows of the Royal Society. 16: 175–232.
• "Peter Debye – A Life in Science". American Institute of Physics.
• "Debye, Petrus Josephus Wilhelmus". Dictionary of Scientific Biography. Charles Scribner's Sons, 1970.
• "Debye, Peter". Encyclopedia Britannica.