Дебай, Петер Йозеф Вильгельм

Петер Йозеф Вильгельм Дебай
Petrus Josephus Wilhelmus Debije, позже Peter Joseph William Debye
Петер Дебай
Дата рождения:	24 марта 1884(1884-03-24)
Место рождения:	Маастрихт, Нидерланды
Дата смерти:	2 ноября 1966(1966-11-02) (82 года)
Место смерти:	Итака, Нью-Йорк, США
Страна:	Нидерланды  США
Научная сфера:	физика,физическая химия
Альма-матер:	Мюнхенский университет, Ахенский технический университет
Известные ученики:	Ларс Онзагер, Пауль Шеррер
Награды и премии	Нобелевская премия по химии (1936) Медаль Пристли (1963)

Пе́тер Йо́зеф Вильге́льм Деба́й (24 марта 1884, Маастрихт — 2 ноября 1966, Итака, США) — голландский физик и физикохимик, лауреат Нобелевской премии по химии за 1936 год.

Биография^[1]

Молодые годы, образование

Петер Джозеф Уильям Дебай (Петрус Йозефус Вильгельмус Дебьо) родился в г. Маастрихте в Нидерландах в семье Марии Дебьо (в девичестве Рюмкенс) и Вильгельмуса Йоганнеса Дебьо, контролера фирмы по производству металлической проволоки. В начальной и средней школе изучал иностранные языки, математику и естествознание. Сначала его увлекали зоология и электротехника. По окончании школы в 1901 г. он поступил в Ахенский технический университет в Германии по специальности «электротехника» и уже в 1905 году году закончил обучение, получив диплом инженера-электрика.

В Ахене Дебай (так позднее он стал писать свою фамилию) проявил интерес к химии и физике. Один из его преподавателей физик Макс Вин разрешил Дебаю проводить несложные эксперименты в институтской физической лаборатории, когда она была свободна, что и пробудило у него интерес к научным исследованиям. Еще будучи студентом последнего курса, он уже являлся ассистентом по теоретической механике Арнольда Зоммерфельда.

Карьера

В 1906 г Дебай вслед за Зоммерфельдом перешел в Мюнхенский университет, где и работал в течение пяти лет его помощником. По воспоминаниям М. Лауэ, личный контакт между учеником и учителем стал с самого начала настолько тесным, что о своем приглашении в Мюнхен в 1906 году Зоммерфельд сообщил Дебаю словами «Мы получили приглашение».

В 1908 г. Дебай завершил свою диссертацию «Давление света на шары», которая разрешила одну из проблем теории дифракции электромагнитных волн, и получил степень доктора по физике. Через два года, в 1910 году, он стал приват-доцентом и лектором Мюнхенского университета.

В 1911 году Дебай покинул Мюнхенский университет, приняв приглашение от Цюрихского университета в Швейцарии занять должность профессора по теоретической механике. Там он работал с известным физиком, нобелевским лауреатом Альбертом Эйнштейном.

Однако год спустя, в 1912 г., Дебай вернулся в Нидерланды, в Утрехтский университет, приняв должность профессора теоретической механики. Следующее приглашение поступило через два года, в Гёттингенский университет. В течение короткого периода времени Дебай стал ректором университета и читал лекции по экспериментальной физике до окончания Первой мировой войны.

В 1920 г. Дебай вернулся в Цюрих, где занял престижный пост директора Физического института при Федеральном технологическом институте, являясь также профессором физики Цюрихского университета.

В 1927 году такая же позиция открылась в Лейпцигском университете, и Дебай был приглашен занять ее.

С 1924 года иностранный член АН СССР.

С 1934 по 1940 год он занимал пост ректора Института Макса Планка и, одновременно с этим, должность профессора физики в Берлинском университете.

Зрелые годы

Хотя ему были даны гарантии, что он, являясь гражданином Нидерландов, может работать в Берлине, в 1939 г. Дебай был уволен из лаборатории по причине отсутствия немецкого гражданства. Возмущенный этим решением, Дебай поехал читать Бейкеровские лекции в Корнелльский университет в Итаку (штат Нью-Йорк), и остался там, вскоре став деканом химического факультета.

В 1946 г. Дебай получил американское гражданство. В 1952 г. он подал в отставку в Корнелльском университете, где ему присудили звание почетного профессора. Но и после этого он продолжал свои исследования с полимерами. Кроме чтения лекций, он в 1960 г. уделял много времени организации Научно-технологического института при Мичиганском университете. Дебай умер 2 ноября 1966 года в Итаке от сердечного приступа. О его заслугах образно написал Лауэ: «Во многих областях химии и физики он вписал свое имя, которые никогда не будет забыто.»

Научная деятельность

Работы по рассеянию рентгеновских лучей

Поведением коротковолнового излучения при прохождении через кристаллы впервые заинтересовался фон Лауэ после ознакомления с работами Эвальда и Зоммерфельда 1910—1912 гг. по пропусканию через кристаллические вещества света. Он предположил существование дифракционных эффектов в случае совпадения длины волны излучения и расстояния между структурными элементами кристаллической решётки. Это предположение было подтверждено в ходе экспериментов, что положило начало рентгеновскому анализу.Будучи хорошо осведомленным о проведенных экспериментах, Дебай взялся за изучение тонкостей теории рассеяния рентгеновского излучения, понимание которых позволило создать количественные методы в рентгеновском анализе. Его ранние работы по теплоёмкости кристаллов (1912) позволили ему сделать расчеты, позволяющие учесть тепловые колебания в модели рентгеновского рассеяния. В ходе этих работ был описан параметр, названный в дальнейшем фактор Дебая-Уоллера, характеризующий температурную зависимость вероятности передачи импульса рентгеновского и γ-квантов кристаллу без изменения его фононного состояния. В дальнейшем этот параметр оказался жизненно важен для понимания природы эффекта Мёссбауэра.

Следующим достижением Дебая в области рассеяния рентгеновских лучей стала работа 1915 года, посвященная атомному фактору^[2]. Эта величина определяется интерференционными эффектами, происходящими в изолированном атоме, и играет незаменимую роль в рентгеновских структурных исследованиях. К этому же времени относится идея Дебая о том, что организация атомов вещества никогда не бывает представлена абсолютной беспорядочностью. При этом строгая кристаллическая структура не является необходимым условием для возникновения дифракционной картины. С этой идеей Дебай приступил к проведению экспериментов по рассеянию рентгеновских лучей жидкостями, газами и аморфными твёрдыми веществами. В 1916 году при проведении совместно с Шеррером эксперимента с растёртым порошком фторида лития Дебай получил неожиданный результат^[3][4]. Вместо широких максимумов и минимумов в спектре были обнаружены несколько чётких дифракционных линий. Верная интерпретация этого явления как результата наложения лучей, рассеянных случайно ориентированными кристаллами, привела к созданию нового метода в рентгеновских исследованиях — порошковой дифракции.

В дальнейшем Дебай развил свои идеи по дифракционным явлениям в газовой фазе. В 1929 году он опубликовал свои результаты, в которых доказывалась возможность применения рентгеновской дифракции для изучения внутреннего строения отдельных молекул^[5]. Развитые Дебаем идеи оказались применимы к рассеянию электронов в газах, что позже позволило создать современный метод электронной дифракции. Исследования рентгеновского рассеяния в жидкостях привели Дебая к выводу, что в жидкой фазе присутствуют квазикристаллические образования, получившие название «кластеры». Эти идеи Дебай использовал в дальнейшем при построении теории растворов электролитов.

Работы, посвященные изучению дипольных моментов молекул

В 1912 году, изучая поведение диэлектриков в электрическом поле, Дебай обнаружил, что некоторые вещества, например вода и аммиак, проявляют повышенную восприимчивость по сравнению с теоретической, предсказываемой теорией Ланжевена, основанной на постоянных магнитных моментах молекул. Дебай предположил наличие в некоторых молекулах постоянного электрического момента^[6]. Эта теория привела к большим успехам в исследовании структур органических соединений. В 1951 году Дебай применил теорию, связывающую обнаруживаемый дипольный момент с внутримолекулярным вращением, к исследованию полимеров.

При изучении поведения диэлектриков в переменном электрическом поле Дебай развил теорию релаксационных процессов в диэлектриках. Выведенные им законы сыграли большую роль в развитии электротехники.

Работы по электролитам. Теория Дебая-Хюккеля

Особенности поведения растворов электролитов, в частности причины сильного отклонения их коллигативных свойств от расчетных, представляли собой одну из важнейших проблем физической химии в начале 20-х годов ХХ в. В 1923 году Дебай совместно с Э. Хюккелем разработал теорию, основанную на развитых идеях о полной диссоциации сильных электролитов в растворе, но учитывавшую взаимодействие между ионами. Под действием электростатических сил, возникающих согласно закону Кулона, ионы образуют кластерную систему. Интенсивность взаимодействия определяется зарядами ионов и средним расстоянием между ними, зависящим от концентрации. Приближения, примененные в создании теории, позволяли получить удовлетворительные результаты лишь для разбавленных растворов, но математически задача сильно упрощалась, что позволило получить ряд важных уравнений. Публикация этих работ ознаменовала новую эру в теории растворов электролитов. Дебай успешно применил свою теорию к вопросам высаливания (1923) и нарушения закона Ома при пропускании переменного тока через раствор электролита (1928)

Работы по светорассеянию

После перехода в Корнелльский университет Дебай посвятил свои исследования вопросам коллоидной химии. Он обратил внимание на то, что как длина волны рентгеновского излучения может совпадать с периодом кристаллической решётки, так и длина волны видимого света может совпадать с размером макромолекулы или коллоидной частицы. Попытки использовать светорассеяние для определения длины макромолекулы проводились ещё до работ Дебая, но Дебай смог довести этот подход до практического применения, что привело к резкому толчку в развитии науки о полимерах. С помощью полученной методики Дебай провёл ряд экспериментов^[7][8] (1948—1951 гг.), посвященных изучению мицеллообразования. В последний период своей жизни Дебай заинтересовался проблемой возникновения опалесценции в критической точке.

Прочие работы

В 1912 году Дебай создаёт свой труд, посвященный теплоемкости твёрдых тел для объяснения эмпирического закона Дюлонга-Пти. С позиции, развитой Дебаем, твердое тело следует рассматривать как часть пространства, заполненную упругими волнами, а не как систему осцилляторов. Несмотря на математическую сложность проблемы, учёный вывел формулу, связывающую теплоёмкость с температурой при постоянном объёме, дающую хорошее согласование с экспериментом^[9].

В 1926 году Дебай одновременно с У. Ф. Джиоком и независимо от него разработал метод адиабатического размагничивания, позволяющий достигать наиболее низких температур.

Нобелевская премия по химии

В 1936 г. Дебай был награжден Нобелевской премией по химии «за вклад в наше понимание молекулярной структуры в ходе исследований дипольных явлений и дифракции рентгеновских лучей и электронов в газах». К теоретической значимости его открытий позднее добавились работы, с помощью которых были существенно улучшены методы производства взрывчатых веществ, лекарственных препаратов, красителей и других химических реагентов.

Личные качества

Студенты и коллеги знали, как дружелюбно и внимательно он относился ко всем, ценили его как прекрасного лектора. В свободное время Дебай увлекался рыбалкой, зоологией и альпинизмом.

Семья

В 1913 г. Дебай женился на Матильде Альберер, с которой воспитал сына Петера Пауля Руппрехта (родился в 1916) и дочь Матильду-Марию (родилась в 1921).Его сын Петер стал физиком и вместе с Дебаем работал над некоторыми его исследованиями и, в свою очередь, тоже имел сына, который впоследствии стал химиком.

Подозрения в сотрудничестве с нацистами

Дискуссии 2006 года

В январе 2006 года в Нидерландах была опубликована книга «Эйнштейн в Нидерландах»^[10]. Одна из глав была посвящена взаимоотношениям Дебая с Эйнштейном. В ней есть указания на документы, в которых, по мнению автора, содержатся доказательства того, что Дебай, будучи в руководстве Общества кайзера Вильгельма по развитию науки, активно участвовал в чистках научных институтов от евреев. Автор приводит послание Дебая членам Deutsche Physikalische Gesellschaft (DPG): В свете создавшейся ситуации согласно Нюрнбергским законам существование еврейского братства в DPG продолжаться не может. По настоянию управления, я прошу всех его членов подать мне рапорт об отставке. Хайль Гитлер!

Многие опубликованные ранее биографии указывают на то, что Дебай переехал в США, отказавшись принять немецкое гражданство, навязываемое ему нацистами. Свой переезд Дебай спланировал в 1939 году во время поездки в Маастрихт. В январе 1940 он отплыл из Генуи, а в феврале прибыл в Нью-Йорк. В июне ему было предложено постоянное место в Корнелльском университете. Ему удалось перевезти в США свою жену. Их 19-летняя дочь осталась в Германии. Благодаря тому, что Дебай покинул страну официально, его дочь могла жить на довольство, полагавшееся ему в Берлине.

В книге «Эйнштейн в Нидерландах» присутствуют указания на то, что Эйнштейн старался помешать Дебаю осесть в Корнелле. В ней представлены записи, в которых Эйнштейн указывает на связи с нацистами, поддерживаемые Дебаем, и призывает своих коллег поступить «как им указывает их гражданский долг». Автор книги указывает на тот факт, что 23 июня 1941 года Дебай послал телеграмму в Берлин, в которой выражал готовность и желание вернуться на свою должность в Институт Кайзера Вильгельма. Существует предположение, что таким образом Дебай старался сохранить свой берлинский дом и выплаты для своей дочери^[11].

В противовес заявленным обвинениям существуют материалы, представляющие нам Дебая противником нацизма. Многие биографии указывают на то, что Дебай, несмотря на огромный риск, помог своей коллеге Лизе Мейтнер, попавшей под преследование из-за своего еврейского происхождения, пересечь границу Германии и сбежать в Швецию.

Реакция общественности

Сын Дебая П. Дебай в своём интервью в 2006 году вспоминал своего отца как полностью аполитичного человека. По его словам, главным желанием учёного было продолжение исследований в институте Кайзера Вильгельма, чем Дебай и занимался, пока немецкое правительство не вмешивалось в его работу. Его сын оказался в Америке в 1939 году, приехав туда провести каникулярное время. Жена Дебая отговорила сына возвращаться, опасаясь войны, которая действительно грянула в скором времени.

Выдвинутые против учёного обвинения оказали сильный эффект на общественность^[12]. В связи с этим университет Утрехта снял его имя со своего Института физики и химии наноматериалов, а университет Маастрихта отменил ежегодную премию Дебая за достижения в области химической физики.

В апреле 2007 года это решение было подвергнуто критике некоторыми членами управления Утрехтского университета. Они указывали на давление, которое нацистская власть могла оказывать на сотрудников DPG. Подписывать свои письма фразой «Хайль Гитлер!» были обязаны все государственные служащие. При этом искоренение евреев в DPG происходило неохотно, что даже вызвало возмущение национал-социалистических организаций от образования. Также на рассмотрение выносится тот факт, что в момент получения Дебаем медали Макса Планка 1950 не было ни одного возражения от авторитетных в научном мире ярых противников нацизма, многие из которых хорошо знали Дебая (М. фон Лауэ, А. Эйнштейн, Л. Мейтнер, Дж. Франк). Более того, ради этого события впервые за много лет Альберт Эйнштейн присоединился к голосованию, чтобы проголосовать за Дебая.

В 2008 г. специально собранная комиссия под председательством зам. премьер-министра Нидерландов и министра экономики Я.-К. Терлува (Terlouw Commission) пришла к выводу^[13], что Дебай не являлся членом НСДАП и коллаборационистом, и порекомендовала университетам продолжить использование имени учёного. Университет Утрехта вернул имя Дебая Институту физики и химии (Debye Institute for NanoMaterials Science); учредители премии имени Дебая также объявили о продолжении её присуждения.

Подозрения в шпионаже

В 2010 году появились сообщения^[14][15] об обстоятельствах, косвенно указывающих на возможность принадлежности Дебая к британской шпионской сети. Стало известно, что Дебай был хорошим другом Паула Росбауда, чья шпионская деятельность точно установлена. Они встретились в 1930 году, когда оба работали редакторами научных журналов. Вместе они способствовали выезду Лизы Мейтнер из Германии. Имея связи в научных кругах Германии, Дебай имел возможность передавать информацию, интересующую британскую разведку. Приверженцы этой теории дают следующее объяснение поспешному выезду Дебая из страны: учёный покинул страну за день до запланированного (но впоследствии отложенного) вторжения Германии в Нидерланды. Информация о дате вторжения могла быть передана Дебаю Росбаудом.

Премии, награды, почетные звания

• Медаль Румфорда от Лондонского Королевского Общества, 1930
• Медаль Лоренца от Королевского Датского Общества, Амстердам, 1935
• Нобелевская премия по химии, 1936
• Медаль Франклина от Института Франклина, 1937
• Медаль Уилларда Гиббса от Американского химического общества, Чикаго, 1949
• Медаль Макса Планка от Немецкого физического общества, 1950
• Медаль Николса от Американского химического общества, Нью-Йорк, 1961.
• Медаль Пристли, 1963.

За свои выдающиеся заслуги в науке Дебай также был удостоен почетных степеней в следующих университетах:

• Брюссель и Льеж, Бельгия
• Оксфорд, Великобритания
• Прага, Чехия
• София, Болгария
• Ахен и Майнц, Германия
• Цюрих, Швейцария
• Гарвард, США
• Святой Лауренц, США
• Колгейт, США
• Нотр Дам, США
• Холи Кросс, США
• Бруклинский Политехнический институт, США
• Бостонский колледж, США
• Провиденс колледж, США
• Технологический институт Кларксона, США

Помимо этого, Дебай был членом в следующих академиях и институтах:

• Академия наук, СССР (ныне Российская Академия наук, Россия)
• Национальная Академия наук, Вашингтон
• Нью-Йоркская Академия наук, Нью-Йорк
• Американская Академия искусств и наук, Бостон
• Американское философское общество, Филадельфия
• Институт Франклина, Филадельфия
• Голландская Королевская Академия, Амстердам, Голландия
• Лондонское Королевское Общество, Великобритания
• Королевский Институт Великобритании, Лондон, Великобритания
• Датская Королевская Академия, Копенгаген, Дания
• Берлинская Академия, Гёттинген, Мюнхен, Германия
• Академия Брюсселя и Льежа, Бельгия
• Ирландская Королевская Академия, Дублин, Ирландия
• Папская Академия, Рим, Италия
• Индийская Академия, Бангалор, Индия
• Национальный Институт Наук, Индия

Библиография

• Дебай П. Избранные труды. Статьи 1909—1965. Под редакцией И. Е. Дзялошинского. Составитель и переводчик В. Л. Гуревич. Л.: Наука, 1987. Серия: Классики науки.
• Дебай П. Полярные молекулы. Пер. с нем. Н. К. Шодро Л.-М.:ГНТИ, 1931.
• Дебай П. Строение материи. Пер. с нем. И. В. Радченко. Под ред. Б. Н. Финкельштейна. Харьков, Гос научн.-техн. изд. Украины, 1936.
• Дебай П. Теория электрических свойств молекул. Пер. с нем. Котляра. Под ред. Л. Э. Гуревича. Л.-М.:ОНТИ, глав. ред. общетехнич. лит-ры, 1936.

См. также

• Дебаевская длина
• Модель Дебая
• Температура Дебая
• Теория Дебая — Хюккеля

Примечания

1. ↑ J.W. Williams: Peter Josseph Wilhelm Debye M:National Academy of Sciences, 1975
2. ↑ Zerstreuung von Rontgenstrahlen. Annalen der Physik, 46:809
3. ↑ With P. Scherrer. Interferenzen an regellos orientierten Teilchenim Rontgenlicht. I. Physikalische Zeitschrift, 17:277
4. ↑ With P. Scherrer. Interferenzen an regellos orientierten Teilchenijn Rontgenlicht. II. Nachrichten der Akademie der Wissenschaften in Goettingen, mathematisch-physikalische Klasse, Ila, 1916:16
5. ↑ With L. Bewilogua and F. Ehrhardt. Zerstreuung von Rontgenstrahlen an einzelnen Molekeln. Physikalische Zeitschrift, 30:84.
6. ↑ Einige Resultate einer kinetischen Theorie der Isolatoren. Zeitschrift fur Physik, 13:97.
7. ↑ Light scattering in soap solutions. J. Colloid Sci., 3:407.
8. ↑ Light scattering in soap solutions. J. Phys. Colloid Chem., 53:1.
9. ↑ Zur Theorie der spezifischen Warmen. Annalen der Physik, 39:789.
10. ↑ Sybe Rispens, Einstein in Nederland. Een intellectuele biografie Ambo/Anthos 2006 ISBN 90-263-1903-7
11. ↑ Eickhoff, Martijn «In the Name of Science?», Aksant, Amsterdam, 2008.
12. ↑ In naam der wetenschap? P.J.W. Debye en zijn carrière in nazi-Duitsland Martijn Eickhoff 2007 Summary in English http://www.niod.nl/documents/Summary_P.J.W.-Debye.pdf
13. ↑ Terlouw Commission: ‘Continue using Debye’s name’ Press release University of Utrecht http://www.science.uu.nl/nieuwsenagenda/items/20080117/uk/
14. ↑ (2010) «Letters defend Nobel laureate against Nazi charges». Nature. DOI:10.1038/news.2010.656.
15. ↑ (2010) «Peter Debye: Nazi Collaborator or Secret Opponent?». Ambix 57 (3): 275–300. DOI:10.1179/174582310X12849808295706. PMID 21465996.

Ссылки

• Биография на сайте электронной библиотеки «Наука и техника»
• Информация с сайта Нобелевского комитета  (англ.)
• Профиль Петера Йозефа Вильгельма Дебая на официальном сайте РАН