О том, как физик-теоретик смог заменить Эйнштейна и получить Нобелевскую премию по химии, рассказывает наш очередной выпуск рубрики «Как получить Нобелевку».

Петер Йозеф Вильгельм Дебай

Родился 24 марта 1884 года, Маастрихт, Нидерланды

Умер 2 ноября 1966 года, Итака, США

Нобелевская премия по химии 1936 года. Формулировка Нобелевского комитета: «За вклад в понимание молекулярной структуры в ходе исследований дипольных явлений и дифракции рентгеновских лучей и электронов в газах» (for his contributions to our knowledge of molecular structure through his investigations on dipole moments and on the diffraction of X-rays and electrons in gases).

Наш герой с детства был не таким, как все. Родившись в нидерландском Маастрихте, он уже выделялся, говоря не на нидерландском, а на лимбургском языке — особом наречии, на котором говорят в бельгийском Хасселте, немецком Дюссельдорфе и нидерландском Маастрихте. Как вспоминали его коллеги, Дебай до конца дней использовал его временами. По крайней мере, в письмах друзьям любил ввернуть лимбургский оборотец.

Родители его были не из высшего общества. Отец, Йоаннес Вильгельмус Дебейе (именно так писалась фамилия будущего нобелиата изначально), был контролером на заводе, выпускавшем проволоку; мать, Мария Анна Барбара Реймкенс, долгие годы работала кассиром в главном культурном центре Маастрихта, театре. Разумеется, юный Петер частенько бывал на представлениях.

Начальное образование Дебай получил в обычной католической школе, а в 12 лет поступил в Hogere Burgerschool — так называемую высшую гражданскую школу в Маастрихте, которую через пять лет окончил с лучшим баллом во всем Лимбурге. Другое дело, что даже высший балл не давал ему право поступить в университет. И дело не в не самой лучшей оценке по нидерландскому языку, а в том, что у него не было никаких баллов по «классике»: греческому и латинскому языкам (так что нечего современным школярам стонать о драконовских правилах приема в вузы). Пришлось идти на работу в компанию по производству маргарина (сейчас та небольшая фирма стала частью компании Unilever). Правда, приступить к исполнению служебных обязанностей Петер не успел: родители решили, что надо вложиться в образование сына и оплатили ему дальнейшее обучение. В итоге юноша попал в Высшую техническую школу в Ахене. И здесь Дебаю повезло, ведь его наставниками стали два выдающихся физика.

Во-первых, экспериментальной физике его учил Макс Вин, уроженец современного Калининграда, двоюродный брат Вильгельма Вина, Нобелевского лауреата, основоположник высокочастотной техники. Мост Вина в электронике — изобретение как раз Макса, а не Вильгельма.

Именно под руководством Макса Вина Дебай в 1905 году выполнил свою дипломную работу по электротехнике, теоретически рассчитав токи Фуко в прямоугольном проводнике. Однако дальше с экспериментом не сложилось, поскольку Дебая тянуло к теоретической физике. И здесь его наставником стал великий Арнольд Зоммерфельд.

Нужно сказать, что Арнольд Зоммерфельд был великим «неудачником» Нобелевских премий. Его номинировали на премию по физике 84 раза! При этом велики были не только его собственные заслуги в создании новых физических теорий. Без Арнольда Зоммерфельда, вероятно, вряд ли бы дошли до Нобелевской премии семь его учеников: Вернер Гейзенберг, Вольфганг Паули, наш с вами Питер Дебай, Ханс Бете, Лайнус Полинг, Исидор Раби и Макс фон Лауэ. Увы, не судьба.

Именно Зоммерфельд увидел в Дебае талант теоретика и немедленно прибрал его к рукам в качестве своего ассистента. Это оказало настолько большое впечатление на ученика, что он даже «сменил фамилию»: с 1905 года в трудах, написанных не на нидерландском, мы читаем Debye вместо Debije.

В 1906 году Зоммерфельд и Дебай переехали в Германию, в Мюнхен, где молодой теоретик в 1908 году написал свой первый капитальный труд, ставший его докторской диссертацией, — Über den Regenbogen («О радуге»). Это произведение было посвящено теории дифракции.

Двумя годами позже Дебай стал «большим мальчиком». В переводе с академического — прошел процедуру хабилитации, получив высшую академическую квалификацию (в данном случае — стал приват-доцентом). Годом позже пришла пора уходить от учителя. В Цюрихском университете Дебай заменил на профессорской кафедре самого Эйнштейна. Годом позже Эйнштейн писал Зоммерфельду: «Я жду от него от Дебая очень многого, потому что в нем глубокое понимание физики сочетается с редкой математической одаренностью».

Эйнштейн не ошибся. В том же 1912 году Дебай провел исследования, которые в 1913 году вылились в статью «Интерференция рентгеновских лучей и тепловое движение», которая продолжала осмысление работ Макса фон Лауэ, открывшего дифракцию рентгеновских лучей на кристаллах (работа Лауэ потом приведет к Нобелевской премии не только его самого, но и отца и сына Брэггов). В этой работе Дебай изучал влияние теплового движения атомов в кристаллической решетке на дифракционную картину.

Двумя годами позже Дебай уже осмыслил и работы Брэггов, и, проведя нелюбимые им эксперименты с ассистентом Паулем Шеррером, в итоге создал метод порошковой рентгеновской дифракции (метод Дебая — Шеррера), который позволил изучать структуру вещества не на монокристаллах, а на порошке исследуемого материала. Суть метода была изложена в 1916 году в статье «Интерференция рентгеновских лучей при рассеянии случайно ориентированными частицами».

Эти работы отчасти стали причиной присуждения Дебаю Нобелевской премии в 1936 году (кстати, это, пожалуй, второй случай, когда чистейшему физику, а здесь вообще теоретику, присудили Нобелевскую премию по химии).

Другие работы, принесшие ему «Нобелевку», начались у Дебая в том же 1912 году, когда Зоммерфельд получил хвалебное письмо Эйнштейна о своем ученике.

Именно тогда вышли «Некоторые результаты по кинетической теории изоляторов», где Дебай объяснял, почему диэлектрическая постоянная меняется с температурой. Именно в этой работе он впервые предположил, что молекулы некоторых веществ представляют собой диполи, на одном конце которых частичный положительный заряд, на другом — частичный отрицательный. Более того, Дебай рассчитал дипольный момент молекул некоторых жидкостей (например, воды) и получил неплохое совпадение с экспериментальными данными.

За 17 лет работы Дебая выросли в классическую монографию «Полярные молекулы», которая обратила на себя внимание большинства химиков, и с тех пор дипольные моменты закрепились в науке навсегда. Поэтому, кстати, премию Дебая по химии можно считать совершенно законной, поскольку именно Дебай больше всех сделал для того, чтобы граница между химией и физикой размылась. И химики отплатили ему больше, чем Нобелевской премией: единица дипольного момента называется именно Дебаем.

Дебай прожил очень долгую и плодотворную научную жизнь: он занимался и квантовой физикой, и теорией полимеров, рассеянием света и ван-дер-ваальсовыми взаимодействиями. В биографии (фактически в некрологе) Дебая, написанной для сборника биографий членов Королевского общества, ее автор Генри Зак пишет:

«Я пытался найти простое свойство (если это возможно), чтобы охарактеризовать многогранную личность профессора Дебая, и чувствую, что ближе всего подойду к моему персональному представлению о нем, если скажу, что он был по-настоящему счастливым человеком. Он не только был одарен самым мощным и проницательным интеллектом и бесподобной способностью представлять свои идеи в наиболее прозрачном виде, но он также знал искусство жить полной жизнью. Он наслаждался своими научными усилиями, он глубоко любил свою семью и домашнюю жизнь, он разбирался в красотах природы и имел вкус к удовольствиям жизни на открытом воздухе, о чем свидетельствуют такие его увлечения, как рыбалка, собирание кактусов и садоводство, которыми он занимался в основном в компании миссис Дебай. Он наслаждался хорошей сигарой и вкусной едой и был привязан к своим студентам и коллегам и любил их компанию… …Он будет жить в нашей памяти как блестящий ученый, великий учитель, по-отечески готовый помочь советом, и прежде всего как счастливый человек».

Видимо, именно эти качества Дебая позволили ему прожить в Берлине до 1940 года и лишь потом покинуть Третий рейх. Кажется, его вообще не интересовала политика, как бы его ни обвиняли в активном пособничестве нацистам в начале 2000-х, основываясь на некоторых письмах Дебая как главы Немецкого физического общества. Например, том, в котором он просит (во исполнение новых законов) ученых евреев сообщить ему о выходе из общества.

Однако ни один физик, даже сам Эйнштейн, никаких претензий великому нидерландцу не выказывал. Потому что домыслы домыслами, а, например, Лизу Мейтнер от нацистов Дебай спасал лично, помогая ей покинуть страну. Просто его интересовала в первую очередь физика и физики, а во вторую — просто жизнь, которую он умел любить и которой умел наслаждаться.