О знаменитости

Роберт Оппенгеймер: биография

В 1930 году Оппенгеймер написал статью, которая, по существу, предсказывала существование позитрона. Эта идея была основана на работе Поля Дирака 1928 года, в которой предполагалось, что электроны могут иметь положительный заряд, но при этом отрицательную энергию. Для объяснения эффекта Зеемана в этой статье было получено так называемое уравнение Дирака, объединявшее квантовую механику, специальную теорию относительности и новое тогда понятие спина электрона. Оппенгеймер, пользуясь надёжными экспериментальными свидетельствами, отвергал первоначальное предположение Дирака о том, что положительно заряженные электроны могли быть протонами. Из соображений симметрии он утверждал, что эти частицы должны иметь ту же массу, что и электроны, в то время как протоны гораздо тяжелее. Кроме того, согласно его расчётам, если бы положительно заряженные электроны являлись протонами, наблюдаемое вещество должно было бы аннигилировать в течение очень короткого промежутка времени (менее наносекунды). Аргументы Оппенгеймера, а также Германа Вейля и Игоря Тамма заставили Дирака отказаться от отождествления положительных электронов и протонов и явным образом постулировать существование новой частицы, которую он назвал антиэлектроном. В 1932 году эта частица, называемая обычно позитроном, была обнаружена в космических лучах Карлом Андерсоном, который был награждён за это открытие Нобелевской премией по физике за 1936 год.

После открытия позитрона Оппенгеймер совместно с учениками Мильтоном Плессетом () и Лео Недельским (Leo Nedelsky) провёл расчёты сечений рождения новых частиц при рассеянии энергичных гамма-квантов в поле атомного ядра. Позже он применил свои результаты, касающиеся рождения электрон-позитронных пар, к теории ливней космических лучей, которой уделял большое внимание и в последующие годы (в 1937 году вместе с Франклином Карлсоном им была разработана каскадная теория ливней). В 1934 году Оппенгеймер вместе с Венделлом Фёрри () обобщил дираковскую теорию электрона, включив в неё позитроны и получив в качестве одного из следствий эффект поляризации вакуума (аналогичные идеи высказывали одновременно и другие учёные). Впрочем, эта теория также была не свободна от расходимостей, что порождало скептическое отношение Оппенгеймера к будущему квантовой электродинамики. В 1937 году, после открытия мезонов, Оппенгеймер предположил, что новая частица тождественна предложенной за несколько лет до того Хидэки Юкавой, и вместе с учениками рассчитал некоторые её свойства.

Со своим первым аспирантом — точнее, аспиранткой, Мельбой Филлипс () — Оппенгеймер работал над расчётом искусственной радиоактивности элементов, подвергаемых бомбардировке дейтронами. Ранее при облучении ядер атомов дейтронами Эрнест Лоуренс и Эдвин Макмиллан обнаружили, что результаты хорошо описываются вычислениями Георгия Гамова, но когда в эксперименте были задействованы более массивные ядра и частицы с более высокими энергиями, результат стал расходиться с теорией. Оппенгеймер и Филлипс разработали новую теорию для объяснения этих результатов в 1935 году. Она получила известность как процесс Оппенгеймера — Филлипс и используется до сих пор. Суть этого процесса состоит в том, что дейтрон при столкновении с тяжёлым ядром распадается на протон и нейтрон, причём одна из этих частиц оказывается захваченной ядром, тогда как другая покидает его. К другим результатам Оппенгеймера в области ядерной физики относятся расчёты плотности энергетических уровней ядер, ядерного фотоэффекта, свойств ядерных резонансов, объяснение рождения электронных пар при облучении фтора протонами, развитие мезонной теории ядерных сил и некоторые другие.

В конце 1930-х годов Оппенгеймер, вероятно под влиянием своего друга Ричарда Толмена, заинтересовался астрофизикой, что вылилось в серию статей. В первой из них, написанной в соавторстве с Робертом Сербером в 1938 году и озаглавленной «Об устойчивости нейтронных сердцевин звёзд», Оппенгеймер исследовал свойства белых карликов, получив оценку минимальной массы нейтронной сердцевины такой звезды с учётом обменных взаимодействий между нейтронами. За ней последовала другая статья, «О массивных нейтронных сердцевинах», написанная в соавторстве с его учеником Джорджем Волковым. В этой работе авторы, отталкиваясь от уравнения состояния для вырожденного газа фермионов в условиях гравитационного взаимодействия, описываемого общей теорией относительности, показали, что существует предел масс звёзд, называемый сейчас пределом Толмена — Оппенгеймера — Волкова, выше которого они теряют стабильность, присущую нейтронным звёздам, и переживают гравитационный коллапс. Наконец, в 1939 году Оппенгеймер и другой его ученик Хартлэнд Снайдер () написали работу «О безграничном гравитационном сжатии», в которой было предсказано существование объектов, которые сейчас называются чёрными дырами. Авторы развили модель эволюции массивной звезды (с массой, превышающей предел) и получили, что для наблюдателя, движущегося вместе со звёздным веществом, время коллапса будет конечным, тогда как для стороннего наблюдателя размеры звезды будут асимптотически приближаться к гравитационному радиусу. Не считая статьи о приближении Борна — Оппенгеймера, работы по астрофизике остаются самыми цитируемыми публикациями Оппенгеймера; они сыграли ключевую роль в возобновлении астрофизических исследований в Соединённых Штатах в 1950-х годах, в основном благодаря работам Джона Уилера.