Джон Х. Ван Флек. Физики - нобелевские лауреаты на сайте "Физика вокруг нас"

Джон X. Ван Флек (Van Vieck)

(13 марта 1899 г. – 27 октября 1980 г.)

Нобелевская премия по физике, 1977 г. совместно с Филипом У. Андерсоном и Невиллом Моттом за фундаментальные теоретические исследования электронной структуры магнитных и неупорядоченных систем. Работа Ван Флека по электронной структуре магнитных и неупорядоченных систем не только знаменовала собой теоретический прорыв, но также имела огромное значение для химии сложных соединений, геологии и новейшей технологии.

Американский физик Джон Хазбрук Ван Флек родился в Мидлтауне (штат Коннектикут). Он был единственным ребенком у Эдуарда Берра Ван Флека, профессора математики Веслианского университета, и Хестер Лоренс Ван Флек (в девичестве Реймонд). Когда отец мальчика в 1906 г. перешел в Висконсинский университет, вся семья переехала в Мэдисон, где Ван Флек учился в школе до поступления в университет. В 1920 г. он стал бакалавром наук в Висконсинском университете, затем два года учился в аспирантуре Гарвардского университета под руководством П.У. Бриджмена и Э.К. Кембла. В 1921 г. он стал магистром, а год спустя доктором, причем в своей диссертации он вычислял энергию связи в модели атома гелия, предложенной Кемблом и Нильсом Бором.

Макс Планк ввел понятие кванта энергии в 1900 г., однако лишь в 1913 г. Бор предложил начала последовательной квантовой теории атома. Эта «старая» квантовая теория была вытеснена в конце 20-х гг. квантовой механикой, выросшей из волновой механики Эрвина Шредингера и матричной механики Макса Борна, Вернера Гейзенберга и П.А.М. Дирака. В 1926 г. В.Ф. опубликовал работу «Квантовые принципы и линейные спектры» ("Quantum Principles and Line Spectra") о старой квантовой теории.

Прослужив после защиты докторской диссертации преподавателем Гарвардского университета в течение года, Ван Флек поступил работать на физический факультет Миннесотского университета, где оставался с 1923 по 1928 г. Следующие шесть лет он преподавал в Висконсинском университете до своего возвращения в Гарвард в 1934 г.

После того как в 1941 г. США вступили во вторую мировую войну, Ван Флек подготовил два отчета для радиационной лаборатории Массачусетского технологического института. В следующем году он получил приглашение от Артура X. Комптона войти в состав комитета по расщеплению урана при американской Национальной академии наук, что позволило ему провести лето в Калифорнийском университете в Беркли, где он изучал возможность создания ядерного оружия. По возвращении в Гарвард осенью того же года он, кроме своих факультетских обязанностей, выполняет и военные исследования в университетской радиолаборатории. Так, во время войны он занимался изучением проблем, связанных с отношением сигнала к шумам, и контрмерами для нейтрализации вражеских радаров с помощью тонких полосок алюминиевой фольги.

К концу войны Ван Флек стал преемником Кембла, возглавив физический факультет Гарвардского университета и оставаясь на этом посту до 1949 г. В течение этого времени он привлек на факультет таких замечательных физиков, как Николас Бломберген, Эдуард М. Перселл и Джулиус С. Швингер. С 1951 по 1969 г. В. Ф. занимал пост профессора по математике и натурфилософии.

Работа Ван Флека в 1926 г., касающаяся того, как с помощью квантовой механики можно объяснить электрическую и магнитную восприимчивость (меру отклика вещества на воздействие электрического и магнитного полей), послужила этапом для его дальнейших исследований. Его труд «Теория электрической и магнитной восприимчивости» ("The Theory of Electric and Magnetic Susceptibilities"), опубликованный в 1932 г., дает ясное и строгое описание того, как можно применять квантовую механику к широкому кругу явлений, происходящих в материальном объеме, включая диэлектрические константы и ферромагнетизм – тип намагниченности, проявляющийся в обычных магнитах. Эта работа помогла становлению новой физики твердого тела, использовалась в качестве учебника в течение 45 лет и принесла ее автору титул «отца современного магнетизма».

Вещество со слабой, хотя и положительной магнитной восприимчивостью называется парамагнетиком. Ван Флек объяснил парамагнетизм в некоторых газах и твердых телах Термин «парамагнетизм Ван Флека» обозначает независимый от температуры магнетизм, проявляющийся у некоторых химических элементов.

Исследования Ван Флека много дали для установления связей между физикой и химией через применение квантовой механики. Он существенно развил методы теории поля в применении к кристаллам, с помощью которых можно вычислить квантово-механические энергетические уровни атома или иона в кристалле. Поскольку энергетические уровни зависят, в частности, от непосредственного окружения данного атома, они отличаются от уровней свободного атома или иона Точное знание этих уровней служит предпосылкой для понимания электрических, магнитных и оптических свойств вещества; развитые методы нашли применение при разработке лазеров и при исследовании химических соединений. Ван Флек также исследовал свойства парамагнетиков при низких температурах, оптические спектры парамагнитных ионов в твердых телах и много других ферромагнитных явлений.

После второй мировой войны Ван Флек изучал магнитный резонанс, отклик электрона, ядра или атома на электромагнитное излучение. Ядерная магнитная спектрометрия помогает пролить свет на структуру молекул. Изображения, полученные с помощью магнитного резонанса, стали важным диагностическим инструментом в медицине. Ван Флек исследовал также энергию связи металлов, молекулярные спектры и ферримагнетизм (тип магнетизма, в котором две взаимно проникающие решетки магнитных ионов противоположно направлены и обладают разной напряженностью).

Ван Флек, Филип У. Андерсон и Невилл Мотт разделили в 1977 г. Нобелевскую премию по физике «за фундаментальные теоретические исследования электронной структуры магнитных и неупорядоченных систем». Как сказал Пер-Улоф Левдин, член Шведской королевской академии наук, при презентации лауреатов, работа Ван Флека по электронной структуре магнитных и неупорядоченных систем не только знаменовала собой теоретический прорыв, но также имела «огромное значение для химии сложных соединений, геологии и новейшей технологии».

В 1927 г. Ван Флек женился на Эбигейл Джун Пирсон; детей у них не было Ван Флек был футбольным болельщиком (предпочитал футбольные матчи между Гарвардским и Йельским университетами), любил играть в бридж и слушать классическую музыку. Он был известен своей необыкновенной памятью на всевозможные расписания поездов, интерес к которым зародился у него в 1906 г., когда он путешествовал с родителями по Европе. Кроме того, он очень любил прогулки и пешие многодневные путешествия. Когда Дирак был в Мэдисоне в 1929 г., то вместе с Ван Флеком они подолгу прогуливались по предместьям города, а в 1931 и в 1934 гг. оба ученых совершали пешие путешествия в Скалистые горы. Как считает Эдуард Перселл, Ван Флек «содействовал единению физики и химии», не говоря уже о его фундаментальном вкладе в физику твердого тела. «Он всегда учил нас, продолжал Перселл, – спокойно, с неистощимым терпением и доброжелательностью, абсолютно без всякого намека на высокомерное снисхождение». Ван Флек умер от сердечного приступа у себя дома в Кембридже (штат Массачусетс) 27 октября 1980 г.

Кроме Нобелевской премии, Ван Флек получил премию Ирвинга Ленгмюра по химической физике от компании «Дженерал электрик» (1965), Национальную медаль «За научные достижения» Национального научного фонда (1966), медаль Лоренца Нидерландской королевской академии наук и искусств (1974). Он был награжден почетным учеными степенями Веслианского, Висконсинского, Мэрилендского. Чикагского, Оксфордского и Гарвардского университетов. Он был членом Американского физического общества (и его президентом в 1952...1953 гг.), Американской академии наук и искусств, американской Национальной академии наук. Американского философского общества и Международного союза теоретической и прикладной физики. Из иностранных академий и обществ, членом которых он являлся, можно указать Французскую академию наук. Нидерландское физическое общество и Лондонское королевское общество.

Лауреаты Нобелевской премии: Энциклопедия: Пер. с англ.– М.: Прогресс, 1992.