Пауль Эренфест (18 января 1880 г. – 25 сентября 1933 г.) был австрийским физиком-теоретиком, который внес большой вклад в тему статистической механики и ее связи с квантовой механикой , включая теорию фазового перехода [1] и теорему Эренфеста . Он подружился с Альбертом Эйнштейном во время визита в Прагу в 1912 году и стал профессором в Лейдене, где он часто принимал Эйнштейна. [2] Он умер от убийства-самоубийства в 1933 году; он убил своего сына-инвалида Вассика, а затем и себя.
Пауль Эренфест родился 18 января 1880 года в Вене в семье евреев [3] , которые были родом из Лоштице в Моравии (ныне часть Чешской Республики ). Его родители, Зигмунд Эренфест и Йоханна Еллинек, управляли продуктовым магазином. Хотя семья не была слишком религиозной, Пауль изучал иврит и историю еврейского народа . Позже он всегда подчеркивал свое еврейское происхождение. Эренфест преуспел в начальной школе, но не преуспел в Академической гимназии , его лучшим предметом была математика . После перевода в гимназию Франца-Иосифа его оценки улучшились. В 1899 году он сдал выпускные экзамены .
Он специализировался на химии в Венском технологическом институте , но посещал курсы в Венском университете , в частности, у Людвига Больцмана по его кинетической теории термодинамики . Эти лекции оказали глубокое влияние: они сыграли важную роль в развитии интереса Эренфеста к теоретической физике , определили его основную область исследований на долгие годы вперед и послужили примером вдохновенного преподавания. В то время в немецкоязычном мире было принято учиться более чем в одном университете, и в 1901 году Эренфест перевелся в Геттингенский университет, который до 1933 года был важным местом для математики и теоретической физики. Там он встретил свою будущую жену, Татьяну Афанасьеву , молодого математика, родившуюся в Киеве (тогдашней столице Киевской губернии , Российская империя ) и получившую образование в Санкт-Петербурге . Весной 1903 года он встретил голландского физика Хендрика Лоренца во время короткого визита в Лейден , Нидерланды. Он написал диссертацию на тему «Движение твердых тел в жидкостях и механика Герца » в книге «Движение твердых тел в жидкостях и механика Герца » [4] и получил докторскую степень. 23 июня 1904 г. в Вене, где пробыл с 1904 по 1905 г.
21 декабря 1904 года он женился на Афанасьевой, которая сотрудничала с ним в его работе. У них было две дочери и два сына: Татьяна («Таня») (1905–1984), также ставшая математиком; Галинка («Галя») (1910–1979), стала автором и иллюстратором детских книг; Павел-младший («Павлик») (1915–1939), также ставший физиком; и Василий («Васик») (1918–1933). [5]
Эренфесты вернулись в Гёттинген в сентябре 1906 года. Они больше не увидят Больцмана: 5 сентября Больцман покончил с собой в Дуино близ Триеста . Эренфест опубликовал обширный некролог , описывающий достижения Больцмана. Феликс Клейн , декан математики Гёттингена и главный редактор Enzyklopädie der mathematischen Wissenschaften («Энциклопедия математических наук»), рассчитывал на Больцмана в плане обзора статистической механики. Теперь он попросил Эренфеста взяться за эту задачу. Вместе со своей женой Эренфест работал над ней несколько лет; статья была опубликована только в 1911 году. Это обзор работ Больцмана и его школы, и он демонстрирует свой собственный стиль: острый логический анализ основных гипотез, четкое разграничение нерешенных вопросов и объяснение общих принципов с помощью искусно выбранных прозрачных примеров.
В 1907 году пара переехала в Санкт-Петербург. Эренфест нашел там хороших друзей, в частности физика А. Ф. Иоффе , но чувствовал себя изолированным в научном плане. Более того, поскольку он не желал заявлять о своей вере в какую-либо религиозную конфессию, он не мог претендовать на должность профессора и, следовательно, не имел никаких перспектив получить постоянную должность. [6] В начале 1912 года Эренфест отправился в тур по немецкоязычным университетам в надежде получить должность. Он посетил Берлин, где увидел Макса Планка , Лейпциг , где встретил своего старого друга немецкого математика Густава Герглотца , Мюнхен , где встретился с физиком-теоретиком Арнольдом Зоммерфельдом , затем Цюрих и Вену. Находясь в Праге , он впервые встретил Альберта Эйнштейна, и с тех пор они оставались близкими друзьями. Эйнштейн рекомендовал Эренфеста стать его преемником на его посту в Праге, но план провалился, так как Эренфест объявил себя атеистом . [7] [8] Зоммерфельд предложил ему должность в Мюнхене, но Эренфест получил более выгодное предложение; в то же время произошел неожиданный поворот событий: Х. А. Лоренц оставил свою должность в Лейденском университете , и по его совету Эренфест был назначен его преемником.
В октябре 1912 года Эренфест прибыл в Лейден, и 4 декабря он прочитал свою вступительную лекцию « Zur Krise der Lichtaether-Hypothese » (О кризисе гипотезы светового эфира). Он оставался в Лейдене до конца своей карьеры. Чтобы стимулировать взаимодействие и обмен среди студентов-физиков, он организовал дискуссионную группу и учебную ассоциацию под названием « De Leidsche Flesch » (« Лейденская банка »). Он поддерживал тесные контакты с выдающимися физиками в стране и за рубежом и приглашал их посетить Лейденский университет и выступить с докладом в своей серии лекций. [9] Эренфест был выдающимся спорщиком, быстро указывал на слабые стороны и суммировал основные положения.
В своих лекциях он подчеркивал простые модели и примеры, чтобы проиллюстрировать и прояснить основные положения. Его занятия были небольшими, и он старался познакомиться со студентами, которые пользовались читальным залом. [10] Хотя немногие из них были приняты в качестве специалистов по теоретической физике, он вел с ними долгие дискуссии почти ежедневно. По словам Эйнштейна:
Он был не просто лучшим учителем в нашей профессии, которого я когда-либо знал; он также был страстно озабочен развитием и судьбой людей, особенно своих учеников. Понимать других, завоевывать их дружбу и доверие, помогать всем, кто был втянут во внешнюю или внутреннюю борьбу, поощрять молодые таланты — все это было его настоящей стихией, едва ли не большей, чем его погружение в научные проблемы. [11]
Если Эренфест чувствовал, что он мало чему может научить студента, он отправлял его в другие центры в Европе для дальнейшего обучения. Он также поощрял студентов принимать должности за рубежом.
Среди его учеников были Йоханнес Бюргерс , Хендрик Крамерс , Дирк Костер , Джордж Уленбек и Сэмюэл Гоудсмит , который прославился тем, что совместно предложил концепцию электронного спина , Ян Тинберген , Арендар Рутгерс , Хендрик Казимир , Герхард Дике , Дирк Штруик и Герард Койпер . Его помощниками были Юрий Крутков , Виктор Тркал , Адриан Фоккер , Пол Эпштейн и Грегори Брейт . Другие молодые иностранные ученые, которые провели длительный период в его лаборатории, включали Гуннар Нордстрем , Энрико Ферми , Игорь Тамм , Оскар Кляйн , Дж. Роберт Оппенгеймер , Вальтер Эльзассер , Ральф Крониг , Вернер Гейзенберг , Поль Дирак и Дэвид Деннисон .
Эренфест имел неоднозначные взгляды на науку, технический прогресс, а также культурные и социальные вопросы. [12]
В 1919 году он стал членом Королевской Нидерландской академии искусств и наук . [13]
Из переписки с друзьями, начиная с мая 1931 года, следует, что Эренфест страдал от тяжелой депрессии . К августу 1932 года Эйнштейн был настолько обеспокоен, что написал правлению Лейденского университета, выражая обеспокоенность и предлагая способы, с помощью которых можно было бы уменьшить нагрузку на Эренфеста.
Приняв меры по уходу за другими детьми, 25 сентября 1933 года в Амстердаме Эренфест застрелил своего младшего сына Вассика, страдавшего синдромом Дауна , а затем покончил с собой. [14] [15]
Большинство научных работ Эренфеста посвящены в первую очередь основам и стремятся прояснить отдельные подтемы. Его публикации славятся своей ясностью и прямотой, а также разрешением парадоксов путем предоставления более четких описаний. Его метод лучше всего иллюстрируется тем, что он написал Роберту Оппенгеймеру летом 1928 года, после того как Оппенгеймер пригласил себя на длительное пребывание в Лейдене:
Если вы намерены снова поднять тяжелую математическую артиллерию в течение вашего следующего года в Европе, я бы попросил вас не только не приезжать в Лейден, но, если возможно, даже не приезжать в Голландию, и просто потому, что я действительно очень люблю вас и хочу, чтобы так и оставалось. Но если, напротив, вы хотите провести хотя бы первые несколько месяцев терпеливо, комфортно и радостно в дискуссиях, которые постоянно возвращаются к тем же немногим пунктам, болтая о нескольких основных вопросах со мной и нашей молодежью — и не думая много о публикации (!!!) — что ж, тогда я приветствую вас с распростертыми объятиями!! [16]
Характерно, что ему не нравилась абстракция новой квантовой теории Гейзенберга и Дирака.
Самым важным вкладом Эренфеста с 1912 по 1933 год является теория адиабатических инвариантов . [17] [18] Это концепция, выведенная из классической механики , которая может служить для уточнения некоторых методов модели атома Нильса Бора (хотя изначально Эренфест не принимал идеи Бора ), а также создает связь между атомной механикой и статистической механикой. Он внес большой вклад в квантовую физику , включая теорию фазовых переходов [19] и теорему Эренфеста , которая утверждает, что ожидаемые значения квантовой системы соответствуют классической механике. Его имя также дано парадоксу Эренфеста , кажущемуся парадоксу относительности , который все еще обсуждается, модели Эренфеста и времени Эренфеста, времени, характеризующему отличие квантовой динамики для наблюдаемых от классической динамики.
Эренфест также интересовался разработкой математических теорий для экономики. Этот интерес был стимулирован его идеей о том, что должна быть аналогия между термодинамикой и экономическими процессами. Хотя это не привело к публикациям, он вдохновил своего аспиранта Яна Тинбергена на исследование этого вопроса. Диссертация Тинбергена была посвящена проблемам как физики, так и экономики, и позже он стал экономистом и был удостоен первой Нобелевской премии по экономике в 1969 году.
Эренфест был особенно близок как с Эйнштейном, так и с Бором. После первого визита Нильса Бора в Лейден в 1919 году, на защиту диссертации Ганса Крамерса , он написал Эренфесту:
Я сижу и думаю обо всем, что вы мне рассказали о стольких разных вещах, и о чем бы я ни думал, я чувствую, что узнал от вас так много, что будет иметь для меня огромное значение; но в то же время мне так хочется выразить свое чувство счастья от вашей дружбы и благодарность за доверие и сочувствие, которые вы мне оказали, что я совершенно не в состоянии найти для этого слова. [11]
По его приглашению Эйнштейн в 1920 году принял назначение на должность экстраординарного профессора в Лейденском университете. Это соглашение позволило Эйнштейну посещать Лейден на несколько недель каждый год. В таких случаях Эйнштейн останавливался в доме Эренфеста. В 1923 году Эйнштейн пробыл там шесть недель после того, как немецкие ультранационалисты в Берлине стали угрожать его жизни. По случаю 50-летия докторской диссертации Лоренца (декабрь 1925 года) Эренфест пригласил Бора и Эйнштейна в Лейден, чтобы попытаться примирить их научные разногласия по поводу зарождающейся квантовой теории. Эти обсуждения были продолжены на Сольвеевской конференции 1927 года , где Эренфест, к своему большому разочарованию, отдал предпочтение аргументации Бора в этом великом споре.
Эренфест использовал красочный немецкий язык в своих лекциях по физике: [20]
Das ist der Springende Punkt (перевод: Это решающий момент)
Das ist wo der Frosch ins Wasser Springt (То место, где лягушка прыгает в воду)
Das ist der Patentanspruch (Это патентная заявка, суть)
Da Hat Herr ... schliesslich die Ratte aus der Suppe gezogen (Там мистер Икс наконец вытащил крысу из супа) [когда учёный решил грязную задачу]
Je besser man's versteht um so besser steht es dort (Чем лучше тот понимает, тем лучше там написано, [комментарий Эренфеста, когда Дирака попросили письменно объяснить его работу, и Дирак, что характерно, просто воспроизвел в точности свое предыдущее объяснение.]
Ежемесячный вечерний коллоквиум по физике в Лейденском университете, инициированный Паулем Эренфестом в 1912 году в его доме, до сих пор продолжается под названием Colloquium Ehrenfestii . [21]
Австрийский институт квантовой оптики и квантовой информации спонсирует ежегодную премию Пауля Эренфеста за лучшую работу в области квантовых основ . [22]
Голландский совет по физике спонсирует ежегодную премию Эренфеста-Афанасьевой за лучшую диссертацию . [23]
{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )То, что позиция Эйнштейна была результатом скорее путаницы, чем агностических сомнений, становится ясно из письма, которое он написал менее чем два года спустя, когда Пауль Эренфест исключил себя из числа преемников Эйнштейна, открыто объявив себя атеистом.
Человек, которого он надеялся сменить в Праге, Пауль Эренфест, отказался пойти на компромисс со своими принципами истинного атеиста. Эйнштейн отругал его. «Ваш отказ признать религиозную принадлежность» был как раз этой стороной «умышленной глупости», заверил он его, имея в виду недавний опыт. Став профессором, Эренфест мог вернуться к неверию.
