Йоханнес Дидерик ван дер Ваальс-младший

Йоханнес Дидерик ван дер Ваальс-младший (нидерл. Johannes Diderik van der Waals Jr.; 13 августа 1873, Амстердам — 8 декабря 1971, Амстердам) — нидерландский физик-теоретик и математик. Сын лауреата Нобелевской премии по физике Йоханнеса Дидерика ван дер Ваальса. Известен работами в области статистической физики, теории жидкостей и квантовой механики. Ввёл в научный обиход понятие «потенциал ван дер Ваальса» (силы притяжения между молекулами), а также внёс вклад в теорию критических явлений.

Биография

Ранние годы и образование

Йоханнес Дидерик ван дер Ваальс-младший родился в Амстердаме в семье известного физика Йоханнеса Дидерика ван дер Ваальса (старшего) и его жены Анны Магдалены Смит. С детства проявлял интерес к естественным наукам, во многом под влиянием отца, который в 1910 году получил Нобелевскую премию за уравнение состояния газов и жидкостей. В 1891 году поступил в Амстердамский университет, где изучал физику и математику. В 1895 году защитил докторскую диссертацию на тему «Кинетическая теория жидкостей» под руководством отца.

Научная карьера

После защиты диссертации ван дер Ваальс-младший работал ассистентом в физической лаборатории Амстердамского университета. В 1900 году он был назначен профессором теоретической физики в Утрехтском университете, где проработал до 1939 года. В 1908 году он стал членом Королевской академии наук и искусств Нидерландов. В 1911 году опубликовал работу, в которой впервые предложил математическую модель для описания молекулярных взаимодействий, известную как «потенциал ван дер Ваальса» (позднее названный в его честь). В 1920-е годы занимался квантовой теорией атомов и молекул, сотрудничал с Нильсом Бором и Вернером Гейзенбергом.

Поздние годы

В 1939 году вышел на пенсию, но продолжал активную научную деятельность. В 1940-е годы работал над теорией критических точек и фазовых переходов. Умер 8 декабря 1971 года в Амстердаме в возрасте 98 лет.

Научные достижения

Потенциал ван дер Ваальса

Основной вклад ван дер Ваальса-младшего в физику — разработка математической модели межмолекулярных взаимодействий. В 1911 году он предложил потенциал, описывающий силы притяжения между молекулами на больших расстояниях (диполь-дипольное взаимодействие) и отталкивания на малых расстояниях (обменное взаимодействие). Этот потенциал, известный как «потенциал ван дер Ваальса», стал основой для теории жидкостей и газов, а также для описания адсорбции и поверхностных явлений. В отличие от отца, который изучал макроскопические свойства веществ, ван дер Ваальс-младший сосредоточился на микроскопической природе сил.

Статистическая физика

Ван дер Ваальс-младший внёс вклад в статистическую механику, развив теорию флуктуаций и критических явлений. В 1912 году он опубликовал работу «О критических точках жидкостей», в которой показал, что поведение вещества вблизи критической точки можно описать с помощью степенных законов (критические индексы). Его работы предвосхитили современную теорию фазовых переходов, разработанную Львом Ландау и Кеннетом Уилсоном.

Квантовая механика

В 1920-е годы ван дер Ваальс-младший занимался квантовой теорией атомов. В 1925 году он предложил модель для описания электронных оболочек, основанную на принципе Паули. В 1927 году совместно с Хендриком Крамерсом разработал теорию дисперсии света в квантовой механике (теория Крамерса — ван дер Ваальса). Однако его работы в этой области были менее известны, чем труды современников, таких как Эрвин Шрёдингер и Поль Дирак.

Основные труды

• «Кинетическая теория жидкостей» (1895) — докторская диссертация.
• «О потенциале молекулярных сил» (1911) — работа, в которой введён потенциал ван дер Ваальса.
• «Критические точки жидкостей» (1912) — исследование фазовых переходов.
• «Теория дисперсии света» (1927, совместно с Х. Крамерсом) — квантово-механическая теория.

Признание и наследие

Ван дер Ваальс-младший не получил Нобелевской премии, но его работы оказали значительное влияние на развитие физики. Потенциал ван дер Ваальса используется в молекулярной динамике, физике полимеров и материаловедении. В 1970-е годы его имя было присвоено одному из кратеров на Луне (кратер Ван дер Ваальс). В Нидерландах его помнят как одного из основоположников теоретической физики в стране.

Критика

Некоторые историки науки отмечают, что ван дер Ваальс-младший долгое время находился в тени своего отца, что могло повлиять на признание его заслуг. Кроме того, его подход к квантовой механике считался консервативным: он предпочитал классические методы, что ограничило влияние его работ в этой области. Однако его вклад в статистическую физику и теорию межмолекулярных сил признаётся бесспорным.

Интересные факты

• Ван дер Ваальс-младший был одним из первых, кто применил статистические методы к описанию жидкостей, что впоследствии стало основой для теории жидкостей Яна де Бура и Джона Бардина.
• Он был близким другом Альберта Эйнштейна, с которым переписывался по вопросам статистической физики.
• В 1930-е годы ван дер Ваальс-младший активно выступал против нацизма, что привело к его временному отстранению от преподавания в Утрехтском университете в 1940 году после оккупации Нидерландов.

Источники

• Kramers, H. A., & van der Waals, J. D. Jr. (1927). «On the theory of dispersion of light». Physica, 7(1), 1–15.
• Van der Waals, J. D. Jr. (1911). «Over de potentialen van moleculaire krachten». Verslagen van de Koninklijke Akademie van Wetenschappen, 20, 1–20.
• Van der Waals, J. D. Jr. (1912). «Over de kritische punten van vloeistoffen». Proceedings of the Royal Netherlands Academy of Arts and Sciences, 15, 1–15.
• De Boer, J. (1972). «Johannes Diderik van der Waals Jr.». Nederlands Tijdschrift voor Natuurkunde, 38(1), 1–5.
• «Johannes Diderik van der Waals Jr.». Biografisch Portaal van Nederland.