Гаудсмит

Гаудсмит, Сэмюэл Абрахам

Сэмюэл Абрахам Гаудсмит
Samuel Abraham Goudsmit
Дата рождения:	11 июля 1902(1902-07-11)
Место рождения:	Гаага, Нидерланды
Дата смерти:	4 декабря 1978(1978-12-04) (76 лет)
Место смерти:	Рино, Невада, США
Гражданство:	Нидерланды  США
Научная сфера:	Теоретическая физика
Место работы:	Мичиганский университет Северо-западный университет Брукхейвенская национальная лаборатория Университет Невады
Альма-матер:	Лейденский университет
Научный руководитель:	Пауль Эренфест
Известен как:	один из авторов понятия спина
Награды и премии	Национальная научная медаль США (1977)

Сэмюэл Абрахам Гаудсмит (англ. Samuel Abraham Goudsmit; 11 июля 1902, Гаага — 4 декабря 1978, Рино, Невада) — американский физик-теоретик голландского происхождения. Член Национальной академии наук США (1947). Научные работы посвящены квантовой механике, атомной и ядерной физике, вопросам спектроскопии. Наибольшую известность приобрел благодаря открытию спина электрона, совершенному совместно с Джорджем Уленбеком. На протяжении многих лет являлся редактором журналов Американского физического общества.

Биография

Гаудсмит родился в Гааге в семье преуспевающих бизнесменов: его отец торговал оборудованием для ванных комнат, а мать владела магазином модных шляп. Окончив школу на год раньше положенного, учился в Амстердамском (лаборатория Зеемана) и Лейденском университетах. В 1919 познакомился с П. Эренфестом и стал его учеником. В 1920 посетил в Тюбингене Ф. Пашена, который ввел его в технику спектроскопии и заинтересовал вопросами структуры атомных спектров.

7 июля 1927 защитил диссертацию на степень доктора философии Лейденского университета, после чего вместе со своим другом Джорджем Уленбеком переехал в США. Работал в Мичиганском университете (1927-46, с 1932 в должности профессора), Северо-западном университете (1946-48), Брукхейвенской национальной лаборатории (1948-70, в 1952-1960 заведовал отделением физики). В 1951-74 являлся главным редактором журналов Американского физического общества («Physical Review»). В 1974 был назначен почетным приглашенным профессором университета Невады в Рино.

Научная деятельность

Открытие спина электрона

Лейден, 1926 год. Сотрудники Хейке Камерлинг-Оннеса и Пауля Эренфеста. Крайний справа — Сэмюэл Гаудсмит

В октябре 1925 года Гаудсмит совместно с Джорджем Уленбеком ввел в физику концепцию спина: на основе анализа спектроскопических данных они предложили рассматривать электрон как «вращающийся волчок», обладающий собственным механическим моментом, равным $1/2 \hbar$, и собственным магнитным моментом, равным магнетону Бора. Схожие идеи приходили в голову многим физикам, однако не были сформулированы с достаточной отчетливостью. Так, еще в 1921 году Артур Комптон, пытаясь объяснить магнитные свойства вещества, высказал мысль об электроне, вращающемся «подобно миниатюрному гироскопу». Позже Вольфганг Паули в знаменитой работе, посвященной принципу запрета, был вынужден приписать электрону «двузначность, не описываемую классически». В начале 1925 года Ральф Крониг предположил, что эту двузначность можно объяснить вращением электрона вокруг оси, однако вскоре он столкнулся с серьезными трудностями (согласно расчетам, скорость на поверхности электрона должна превышать скорость света). Кроме того, эта гипотеза встретила негативную реакцию со стороны Паули, Хендрика Крамерса и Вернера Гейзенберга, и Крониг решил не публиковать ее^[1].

По-видимому, эта двузначность (четвертая степень свободы, или квантовое число, электрона) была также исходным пунктом работы Уленбека и Гаудсмита, и они также решили связать ее с вращением электрона вокруг своей оси. Они изучили старые работы Макса Абрагама, посвященные вращению заряженной сферы, но вскоре столнулись с теми же трудностями, что и Крониг. Тем не менее, они сообщили о своей гипотезе Эренфесту, которому она понравилась. Он предложил своим ученикам написать небольшую заметку для журнала Die Naturwissenschaften и показать ее Хендрику Лоренцу. Лоренц произвел ряд вычислений электромагнитных свойств вращающегося электрона и продемонстрировал нелепость выводов, к которым приводит эта гипотеза^[2]. Уленбек и Гаудсмит посчитали за лучшее не публиковать свою статью, однако было поздно: Эренфест уже отослал ее в печать. По этому поводу он заметил:

Вы оба достаточно молоды, чтобы позволить себе сделать одну глупость!^[3]

Оригинальный текст (нем.)  

Sie sind beide jung genug um sich eine Dummheit leisten zu konnen!

Появление статьи Уленбека и Гаудсмита породило бурное обсуждение гипотезы спина в научных кругах. Помимо отмеченных затруднений, к которым приводило представление о вращении электрона, оставалась нерешенной проблема лишнего множителя 2, появлявшегося в выражении для сверхтонкой структуры водородного спектра. Поэтому поначалу отношение к спину было весьма скептическим. Решающей оказалась позиция Нильса Бора, который с воодушевлением воспринял появление этой гипотезы, открывавшей новые возможности для описания атома. Бор предложил Уленбеку и Гаудсмиту еще раз изложить свои доводы в статье для журнала Nature и сопроводил ее своими замечаниями. Окончательно правильность идеи о спине стала ясна весной 1926 года, когда расчеты спин-орбитального взаимодействия, проведенные Ллевеллином Томасом и Яковом Френкелем с учетом релятивистских эффектов (так называемая томасовская прецессия), позволили объяснить тонкую структуру спектров (в том числе избавиться от лишнего множителя) и аномальный эффект Зеемана^[4].

Идея спина буквально витала в воздухе: помимо уже упомянутых учёных, схожие мысли высказывали Гарольд Юри (для электрона), Шатьендранат Бозе (для фотона) и тот же Паули (для атомного ядра). По этой причине однозначно определить приоритет в вопросе открытия спина не представляется возможным. Видимо, это и стало основной причиной того, что открытие спина так и не было удостоено Нобелевской премии^[5].

Другие работы

Впервые определил спин атомного ядра.

В 1944-45 участвовал в секретной американской миссии «Алсос» которая собирала информацию о проведении работ по атомной тематике в нацистской Германии, вывозила соответствующую документацию и оборудование из немецких учреждений, интернировала немецких физиков, связанных с атомной проблемой.

Также проводил исследования в области египтологии, умел читать египетские иероглифы.

Награды

• Медаль имени Макса Планка (1964)
• Премия К. Комптона (1974)
• Национальная медаль науки США (1977)
• Орден Оранж-Нассау (англ. Order of Orange-Nassau) (1977)

Публикации

Книги

• L. Pauling, S. Goudsmit. The structure of line spectra. — NY: McGraw-Hill, 1930.
• S. Goudsmit, R. F. Bacher. Atomic energy-states as derived from the analysis of the line spectra. — NY: McGraw-Hill, 1933.
• S. Goudsmit, R. Claiborne. Time. — NY: Time Life Books, 1966. — ISBN 200
• S. Goudsmit. Alsos. — 3rd edition.. — NY: AIP Press, 1996. — 259 p.

Основные статьи

• S. Goudsmit. Relativistische Auffassung des Dubletts // Die Naturwissenschaften. — 1921. — Vol. 9. — № 49. — P. 995.
• G. E. Uhlenbeck, S. Goudsmit. Spinning Electrons and the Structure of Spectra // Nature. — 1926. — Vol. 117. — P. 264—265.
• E. Back, S. Goudsmit. Kernmoment und Zeemaneffekt von Wismut // Zeitschrift für Physik. — 1928. — Vol. 47. — № 3—4. — P. 174—183.
• S. Goudsmit. Multiplet Separations for Equivalent Electrons and the Roentgen Doublet Law // Physical Review. — 1928. — Vol. 31. — № 6. — P. 946—959.
• S. Goudsmit. Theory of Hyperfine Structure Separations // Physical Review. — 1931. — Vol. 37. — № 6. — P. 663—681.
• S. Goudsmit, L. Gropper. Many-Electron Selection Rules // Physical Review. — 1931. — Vol. 38. — № 2. — P. 225—236.
• S. Goudsmit. Nuclear Magnetic Moments // Physical Review. — 1933. — Vol. 43. — № 8. — P. 636—639.
• R. F. Bacher, S. Goudsmit. Atomic Energy Relations. I // Physical Review. — 1934. — Vol. 46. — № 11. — P. 948—969.
• S. Goudsmit. On the Slowing Down of Neutrons // Physical Review. — 1936. — Vol. 49. — № 5. — P. 406.
• S. Goudsmit, J. L. Saunderson. Multiple Scattering of Electrons // Physical Review. — 1940. — Vol. 57. — № 1. — P. 24—29.
• S. Goudsmit, J. L. Saunderson. Multiple Scattering of Electrons. II // Physical Review. — 1940. — Vol. 58. — № 1. — P. 36—42.
• S. A. Goudsmit. A Time-of-Flight Mass Spectrometer // Physical Review. — 1948. — Vol. 74. — № 5. — P. 622—623.

Некоторые статьи на русском языке

• С. Гаудсмит. Открытие спина электрона (из истории физики) // УФН. — 1967. — В. 9. — Т. 93. — С. 151—158.
• С. Гаудсмит. Какова судьба моей статьи? // УФН. — 1969. — В. 12. — Т. 99.

Примечания

1. ↑ М. Джеммер. Эволюция понятий квантовой механики. — М.: Наука, 1985. — С. 149—151.
2. ↑ А. Пайс. Джордж Юджин Уленбек. С. 377—379.
3. ↑ М. Джеммер. Эволюция понятий квантовой механики. С. 152—153.
4. ↑ М. Джеммер. Эволюция понятий квантовой механики. С. 154—155.
5. ↑ А. Пайс. Джордж Юджин Уленбек. С. 382—383.

Литература

• R. K. Adair, G. L. Trigg, G. L. Wells. Samuel A. Goudsmit (1902-1978) // Physical Review Letters. — 1979. — Vol. 42. — № 1. — P. 1—2.
• Сэмюэл Абрахам Гаудсмит // Ю.А. Храмов. Физики: Биографический справочник. — М.: Наука, 1983. — С. 76.
• А. Пайс. Джордж Юджин Уленбек // Гении науки. — М.: ИКИ, 2002. — С. 363-408.
• R. K. Adair. Essay: Physical Review Letters; Sam Goudsmit’s Vision // Physical Review Letters. — 2008. — Vol. 100. — № 2. — P. 020001.
• B. Bederson. Essay: Samuel Abraham Goudsmit (1902–1978) // Physical Review Letters. — 2008. — Vol. 101. — P. 010002.
• B. Bederson. Samuel Abraham Goudsmit (1902-1978) // Biographical Memoirs of National Academy of Sciences. — 2008. — P. 1—29.

Ссылки

• Сэмюэл Абрахам Гаудсмит. БСЭ. Проверено 5 мая 2010.
• Samuel Abraham Goudsmit (англ.). Encyclopædia Britannica. Проверено 5 мая 2010.
• S. A. Goudsmit. The discovery of the electron spin (англ.). Instituut-Lorentz for theoretical physics. Проверено 18 апреля 2010.