О том, как сын священника добрался до Луны, об открытии дейтерия и об американском атомном проекте рассказывает наш очередной выпуск рубрики «Как получить Нобелевку».

Гарольд Клейтон Юри

Родился: 29 апреля 1893, Уокертон, Индиана, США

Умер: 5 января 1981, Ла-Холья, Сан-Диего, Калифорния, США

Нобелевская премия по химии 1934 года. Формулировка Нобелевского комитета: «За открытие тяжелого водорода» (дейтерия, используемого для получения тяжелой воды — замедлителя в ядерных реакторах, а также в качестве индикатора биохимических реакций в живой ткани).

Наш нынешний герой неординарен даже по меркам нобелевских лауреатов. Во-первых, к нему применимы некоторые истории, вымышленные или реальные, о более известных ученых. Например, Юри тоже очень плохо учился в школе, как часто совершенно несправедливо пишут об Эйнштейне. И он, как Резерфорд, в первую очередь был физиком (и даже ядерщиком), но премию получил по химии. Во-вторых, он прожил достаточно долгую жизнь (88 лет) и проявил достаточное упорство, чтобы пройти карьеру от сельского учителя до работы в атомном проекте, от бакалавриата по зоологии до открытия дейтерия и изучения лунного грунта. Но обо всем по порядку.

Юри родился в небольшом городке Уокертоне в Индиане. Даже сейчас этот населенный пункт, названный в честь управляющего железной дорогой Джонни Уокера (да-да, не только на виски), недавно справивший свое стопятидесятилетие, сложно назвать большим: в 2010 году в нем жило 2144 человека. Что уж говорить о 1893 годе?

Его отец, Сэмуэль Клейтон Юри, был священником в баптистской Церкви братьев и школьным учителем, его мать, Кора Ребекка Юри, занималась домом и детьми (кроме Гарольда, были младшие дети, Кларенс и Марта). В 1899 году отец Юри умер от туберкулеза, мать вышла замуж во второй раз, снова за священника.

Юри до 14 лет учился в школе амишей — достаточно странного религиозного сообщества в США (они и сейчас существуют, сочетаясь браками только с единоверцами, отказываясь от достижений цивилизации и проводя богослужения на дому). Как мы уже сказали, учиться ему было трудно. То ли из-за специфики амишей, то ли еще из-за чего. То, что в США называется высшей школой, Юри оканчивал уже в Кендалвилле, и, получив в 1911 году аттестат о среднем образовании, еще немножко поучился и получил сертификат сельского учителя, которым и проработал три года. А в 1914 году Юри все-таки поступил в университет. Университет штата Монтана. Три года спустя, в 1917-м, он получил диплом бакалавра в области зоологии. В том самом году, когда США вступили в Первую мировую войну. Тогда Юри пошел на химическое производство — в Barrett Chemical Company (сейчас то, во что превратилась эта фирма путем слияний и поглощений, называется Honeywell). Так что научная деятельность нашего героя началась с военного госзаказа: он участвовал в производстве тротила химиком-технологом.

После войны Юри вернулся в родной университет инструктором-химиком и, видимо, работал в Монтане без особого энтузиазма. Но вот академическая карьера потребовала степени PhD. И тут уже Юри пошел в университет статусом повыше, в Калифорнийский университет в Беркли, где начал изучать термодинамику под руководством выдающегося физхимика Гилберта Льюиса, автора концепции ковалентной связи, кислот и оснований Льюиса и номинированного на Нобелевскую премию 41 раз, но так и не получившего абсолютно заслуженной награды. В 1946 году Льюиса найдут в его лаборатории, заполненной парами циановодорода… Многие будут говорить, что это самоубийство.

Впрочем, мы отвлеклись. Пока что на дворе 1921 год, Льюису жить еще четверть века, а Юри только начинает исследовательскую деятельность, хотя для начала работы над PhD 28 лет — это, конечно, поздновато. А тут еще случилась незадача: пока наш герой преодолевал трудности, возникшие в работе над первоначальной темой диссертации (ионизация паров цезия), некий физик из Индии опубликовал статью на ту же тему. Пришлось начинать все заново, и Юри сделал работу по состояниям ионизации идеального газа. Статью приняли в Astrophysical Journal (хороший намек на космическое будущее Юри).

Итак, в 30 лет он наконец PhD и лауреат Американо-Скандинавской стипендии, которая позволила отправиться в Копенгаген на стажировку. К Нильсу Бору, в лаборатории которого Юри встретил таких выдающихся людей, как Вольфганг Паули и Дьердь Хевеши (о них мы еще расскажем), Вернер Гейзенберг, автор электронной теории строения атомов Джон Слейтер, верный соавтор Бора Хендрик Крамерс… Позже в Германии состоялись встречи с Альбертом Эйнштейном и Джеймсом Франком. Неплохо для человека, который еще десять лет назад был сельским учителем!

Естественно, по возвращении в США котировки Юри заметно выросли. Он получил сразу два предложения от очень статусных университетов: Джонса Хопкинса и Гарварда. Выбрал первое, но вступил в должность не сразу: сначала поехал в Сиэттл к матери. По дороге заехал к знакомой, знакомая представила его сестре, и закрутилось: у пары Гарольда Юри и Фриды Даум родилось четверо детей. Не сразу, конечно.

В Университете Джонса Хопкинса Юри начал делать очень важную вещь. Дело в том, что в то время практически вся современная квантовая физика была написана на немецком. Эйнштейн, Шредингер, Планк, Гейзенберг… И Юри с Артуром Руарком написали едва ли не первый капитальный труд по квантовой механике на английском языке — Atoms, Quanta and Molecules.

В 1929 году Юри перешел в Колумбийский университет в Нью-Йорке, где и было сделано открытие, за которое его через пять лет удостоят Нобелевской премии. Конечно, о существовании изотопов было известно: Фредерик Содди в 1921 году уже успел получить за них Нобелевскую премию.

Примерно в то же время, как Юри переехал в Нью-Йорк, были открыты изотопы кислорода. Исходя из того, что атомный вес кислорода ровно в 16 раз больше атомного веса водорода, а обычные спектрометрические и масс-спектрометрические данные давали разные соотношения, Юри предположил, что и у водорода есть более тяжелый изотоп. Поиски начались в 1931 году.

Юри рассчитал, что тяжелый водород должен иметь красное смещение в бальмеровской линии спектра от 0,1 до 0,18 нанометра. На том спектрографе, который был в распоряжении ученого, разница в линиях спектра обычного и тяжелого водорода должна была быть около 1 миллиметра. Это уже можно было различить, однако по расчетам выходило, что на 1 атом тяжелого изотопа водорода, должно приходиться около 4500 атомов легкого. Линия была, но очень слабая. И Юри не стал делать никакую «предварительную» публикацию, а решил поискать способ более надежного доказательства.

Вместе с Джорджем Мозли Мерфи Юри расчитал, что у тяжелого водорода будет чуть более высокая температура кипения. По всему выходило, что постепенно «упаривая» пять литров жидкого водорода, можно будет получить миллилитр образца, в котором тяжелого изотопа будет на два порядка больше.

Со второй попытки это удалось — дейтерий был открыт. Статья в PhysRev вышла в 1932 году под авторством Юри, Мерфи и знакомца Юри по Джонсу Хопкинсу Фердинанда Брикведде, который и сделал тот самый миллилитр обогащенного дейтерием водорода в криогенной лаборатории Национального бюро стандартов в Вашингтоне.

Впрочем, статья-статьей (кстати, в том же году Джеймс Чедвик открыл нейтрон, который прекрасно объяснял строение тяжелого изотопа: один протон, один нейтрон и один электрон, массой которого можно пренебречь), а «Нобелевка» досталась одному Юри. Впрочем, нельзя сказать, что незаслуженно.

Забавно, но на церемонию в Стокгольм Юри не поехал: Юри решил, что рождение дочери — более важное событие, чем вручение Нобелевской премии.

Итак, начав с PhD в 30 лет, в 41 наш герой уже был Нобелевским лауреатом. Впереди была долгая и насыщенная жизнь. До войны он тихо и мирно занимался своим дейтерием, изотопами, боролся за демократию в университетах, редактировал основанный им Journal of Chemical Physics, выступал против нацизма, принимал сбежавших от Гитлера ученых (в том числе Энрико Ферми, рассказ о котором впереди).

Но началась война. И стартовал Манхэттенский проект. Кто у нас главный эксперт по разделению изотопов? Правильно, Юри. Что у нас замедляет нейтроны? Правильно, тяжелая вода. Вперед, трудиться на благо атомной бомбы и ядерного реактора. Именно он координировал разделение урана центрифугированием его гексафторида в газовой фазе, именно он занимался производством тяжелой воды. Так что нобелевский лауреат стал ключевой фигурой в американской ядерной программе, именно в контексте технической реализации получения нужных для бомбы и реактора веществ.

В феврале 1945 года Юри понял, что с него хватит. Сил совсем не осталось, а работа была налажена, и он покинул проект, передав дела Джону Даннингу. И отправился в космос. По крайней мере, мысленно. Фактически наш герой стал одним из основателей космохимии (собственно говоря, сам термин он и придумал). Впрочем, Юри не стал заниматься нуклеосинтезом (происхождением элементов в звездах), а занялся химией планет.

Так, в 1953 году Гарольд Юри вместе со своим аспирантом Стэнли Миллером провел знаменитый эксперимент, в котором они смоделировали химические условия на ранней Земле: в смесь из метана, монооксида углерода, водорода и аммиака попадал водяной пар, подавался электрический разряд (молнии), и получались аминокислоты, углеводы и другие органические вещества. Именно так могла возникнуть жизнь на Земле.

Юри повезло: он дождался полетов в космос и даже доставки лунного грунта на Землю. Именно Юри занимался изучением этого грунта, будучи уже в Калифорнийском университете в Сан-Диего. Изучая изотопный состав грунта, он смог показать, что Луна и Земля имеют общее происхождение.

Кстати, астронавт Харрисон Шмитт, единственный профессиональный ученый, побывавший на Луне, рассказывал, что Юри хотел быть добровольцем для лунной миссии «в один конец». «Я полечу, и мне плевать, если я не вернусь», — говорил лунному геологу земной физик.

И еще одна удивительная вещь: в конце жизни, после 65 лет, Юри проявил потрясающую публикационную активность, самостоятельно опубликовав более 100 работ, из них 47 о химии Луны.

Когда перед самой смертью этого любителя орхидей и знатного садовода спросили, как у него получается так активно публиковаться и работать «в стиле хард», он ответил: «Ну вы же знаете, что я уже не на должности!