Петер Дебай

|портрет= |caption=

Петер Дебай
нід. Peter Debije
Ім'я при народженні	нід. Petrus Josephus Wilhelmus Debije
Народився	24 березня 1884(1884-03-24) Маастріхт, Нідерланди
Помер	2 листопада 1966(1966-11-02) (82 роки) Ітака (Нью-Йорк), США ·інфаркт міокарда
Місце проживання	Німеччина, Нідерланди, Швейцарія, США
Країна	Нідерланди,  США
Діяльність	професор, хімік, фізик, фізик-теоретик, науковець, інженер, кристалограф, викладач університету
Alma mater	РВТУ Аахена Мюнхенський університет
Галузь	фізика, хімія
Заклад	університети Цюріха, Утрехта, Геттінгена, Лейпціга, Берліна, Корнельський університет
Науковий ступінь	доктор філософії (1908)
Вчителі	Арнольд Зоммерфельд
Відомі учні	Пауль Шеррер
Аспіранти, докторанти	Ларс Онсагер Фелікс Блох Рудольф Паєрлс Пауль Шеррер Hans Falkenhagend Герта Шпонер Фріц Цвіккі Віктор Кемула Hans Falkenhagend Alexander Naumannd Franz Weverd Raymund Sängerd Willy Hardmeierd Willem Cornelis Manderslootd Michael Ignatius Maria van Everdingend Emil Funkd Auguston Budod Ludwig Bewiloguad Gerhard Klinglerd Heinz Schöpeld Hildegard Geestd Gerhard Martind Karl Schatzd Otto Ernst Mittelstaedtd Theodor Burbachd Willem van der Grintend Horst Müllerd Wilhelm Erfurthd Rudolf Gastd Hermann Kurzwegd Lothar Hahnd Hans-Heinrich Rustd Friedrich Biedermannd Werner Linked Hans-Christoph Wohlrabd Hans Triebeld Rudolf Hermannd
Членство	Лондонське королівське товариство Прусська академія наук Саксонська академія наук (1 жовтня 1935) Леопольдина Гайдельберзька академія наук Академія наук СРСР Нідерландська королівська академія наук Угорська академія наук Папська академія наук Американська академія мистецтв і наук Російська академія наук Саксонська академія наук Індійська національна академія наук Баварська академія наук Геттінгенська академія наук Національна академія наук США Королівська фламандська академія Бельгії з науки та мистецтвd
Відомий завдяки:	температура Дебая, радіус Дебая, метод Дебая-Шеррера
У шлюбі з	Mathilde Albererd
Нагороди	Нобелівська премія з хімії (1936)
Петер Дебай у Вікісховищі

Петер Джозеф Вільям Дебай (Петрус Йозефус Вільгельмус Дебйо; нід. Petrus Josephus Wilhelmus Debije, англ. Peter Debye; 24 березня 1884, Маастрихт — 2 листопада 1966, Ітака, США) — нідерландський фізико-хімік, лауреат Нобелівської премії з хімії за 1936 рік.

З іменем Дебая пов'язана низка визначних досягнень в теоретичній й експериментальній фізиці, фізичній хімії, математиці. Він запропонував модель твердого тіла, на основі якої пояснив поведінку питомої теплоємності за низьких температур; характерна температура, нижче за яку істотного значення набувають квантові ефекти, отримала назву температури Дебая. Він теоретично описав вплив теплових коливань кристалічної ґратки на дифракцію рентгенівських променів (фактор Дебая — Валлера), спільно з Паулем Шеррером розробив порошковий метод рентгеноструктурного аналізу і використав методи рентгенівського розсіювання для дослідження структури рідин і окремих молекул. Дебай вперше спостерігав дифракцію світла на ультразвуці і використав метод розсіювання світла для дослідження структури молекул (зокрема полімерів) і критичних явищ. Він розвинув дипольну теорію діелектриків, на основі якої пояснив їх дисперсійні властивості і деякі аспекти міжмолекулярних взаємодій. Спільно з Еріхом Хюккелем він розробив теорію слабких розчинів сильних електролітів, на основі якої пояснив залежність коефіцієнтів активності і провідності від концентрації. Серед інших досягнень Дебая — розробка методу перевалу для обчислення деяких інтегралів спеціального вигляду; новий спосіб виведення формули Планка; створення квантової теорії нормального ефекту Зеемана; теоретичне обґрунтування ефекту Комптона; винайдення нового способу досягнення низьких температур методом адіабатичного розмагнічування.

Біографія

Маастрихт, Аахен (1884–1906)

Петер Дебай (Дебйо) народився 24 березня 1884 року в Маастрихті, провінція Лімбург, Нідерланди. Батько майбутнього ученого, Йоаннес Вільгельмус Дебйо (Joannes Wilhelmus Debije, 1859–1937), був майстром на фірмі з виробництва металевого дроту. Мати, Марія Анна Барбара Реймкенс (Maria Anna Barbara Ruemkens, 1859–1940), протягом багатьох років працювала касиром в театрі, що був важливим культурним центром міста і який часто відвідував маленький Петер. Через чотири роки після народження Петера в родині з'явилася друга дитина — дівчинка, яку назвали Кароліною. Відомо, що в ранньому дитинстві Дебай розмовляв майже виключно на місцевому діалекті, яким користувався протягом всього життя (наприклад, у листуванні з друзями).

Початкову освіту Дебай отримав в місцевій католицькій школі. У віці 12 років він вступив до вищої цивільної школи (Hogere Burgerschool) в Маастрихті, де навчався протягом п'яти років. На випускних екзаменах він показав себе кращим учнем всієї провінції Лімбург, отримавши найвищі 10 балів з геометрії, механіки, фізики, природознавства і космографії, 9 — з хімії і нідерландської мови, 8 — з алгебри, тригонометрії, креслення, географії, французької і німецької мов. Однак в школі не вивчалися стародавні мови (грецька і латина), тому шлях до університетської освіти був для юнака закритий. Дебай отримав роботу в маргариновій фірмі Юргенса, що пізніше стала частиною компанії Unilever, однак не почав там працювати: батьки вирішили, що йому варто продовжити навчання і що, незважаючи на свої скромні доходи, вони забезпечать йому таку можливість. Вибір постав між Делфтським технічним університетом і Вищою технічною школою в Аахені. Вартість навчання і близькість до дому визначили вибір на користь Аахена. Тут серед його вчителів були відомі фізики — експериментатор Макс Він і теоретик Арнольд Зоммерфельд. Завершуючи навчання, у 1905 році, Дебай захистив дипломну роботу з електротехніки, в якій теоретично вирішив задачу про струми Фуко в прямокутному провіднику. Однак до цього часу його вже цікавила не стільки електротехніка, скільки теоретична фізика. Зоммерфельд розпізнав здібності свого студента і, коли випала нагода вибрати собі асистента, зупинився на кандидатурі Дебая. До аахенського періоду, очевидно, належить зміна в написанні прізвища молодого ученого: в роботах, написаних голландською мовою, він практично незмінно почав підписуватися Debye замість Debije.

Від Мюнхена до Берліна (1906–1939)

Петер Дебай у 1912 році

У 1906 році Дебай пішов слідом за Зоммерфельдом до Мюнхенського університету, де в липні 1908 року захистив докторську дисертацію під назвою «Про веселку» (нім. Über den Regenbogen), присвячену деяким проблемам теорії дифракції електромагнітних хвиль. У 1910 році Дебай пройшов процедуру габілітації і став приват-доцентом, а восени наступного року отримав запрошення обійняти посаду професора теорії фізики Цюрихського університету, що звільнилася після уходу Альберта Ейнштейна. Останній дуже високо оцінював свого наступника і в жовтні 1912 року писав Зоммерфельду: «Я чекаю від нього [Дебая] дуже багато, тому що в ньому глибоке розуміння фізика поєднується з винятковою математичною обдарованістю». Вже весною 1912 року Дебай повернувся на батьківщину і обійняв посаду професора математики і теоретичної механіки Утрехтського університету, що було пов'язане, імовірно, з бажанням експериментально перевірити деякі свої ідеї. Хоча утрехтські роки виявилися доволі плідними й включають написання важливих статей з дисперсії діелектриків і дифракції рентгенівських променів, надії зайнятися експериментальною роботою не виправдалися і вже у вересні 1914 року учений переїхав до Геттінгена. Роком раніше, в квітні 1913 року, він одружився з Матильдою Альберер (Matilde Alberer, 1887–1977), дочкою мюнхенського домовласника, у якого Дебай в певний час винаймав житло. У подружжя було двоє дітей — син Петер Пауль Рупрехт Дебай (Peter Paul Rupprecht Debye, 1916–2012), який згодом став фізиком-експериментатором і допомагав батьку і деяких дослідженнях, і дочка Матильда Марія Дебай-Заксінгер (Mathilde Maria Debye-Saxinger, 1921–1991).

Ініціатором запрошення Дебая в Геттінген став відомий математик Давид Гільберт, який мав змогу оцінити здібності молодого науковця під час конференції з кінетичної теорії матерії, що відбулася в місцевому університеті в квітні 1913 року. Посада професора теоретичної й експериментальної фізики і керівництво Фізичним інститутом (з лютого 1916 року) передбачали певні перспективи в плані проведення лабораторних дослідів. Відмовитися від запрошення було неможливо і з тієї причини, що в Геттінгені Дебай потрапляв в компанію видатних дослідників: окрім Гільберта, це були математики Фелікс Клейн, Едмунд Ландау, Герман Вейль, Карл Рунге, Ріхард Курант і фізики Вольдемар Фогт, Еміль Віхерт, Макс Борн, Теодор фон Карман та інші. У 1920 році Дебай повернувся в (це було пов'язане багато в чому з важким економічним станом післявоєнної Німеччини), де обійняв посаду директора Фізичного інституту при Вищій технічній школі; за його наполягання було оновлене обладнання лабораторій і лекційні курси, почав регулярну роботу науковий семінар. Приблизно в цей же час він став редактором одного з провідних європейських наукових фізичних журналів Physikalische Zeitschrift, в якому була опублікована велика кількість його власних робіт.

Нобелівські лауреати 1936 року на врученні нагород в Стокгольмі. Зліва направо: Отто Леві, Генрі Дейл, Петер Дебай, Карл Андерсон і Віктор Гесс

У вересні 1927 року Дебай залишив Цюрих, щоб стати професором експериментальної фізики і директором Фізичного інституту при Лейпцизькому університеті. Його колегою по університету був знаменитий фізик-теоретик Вернер Гейзенберг, який багато років по тому згадував: «Дебай мав певну схильність не напружуватися з приводу середовища. Він не належав до того типу науковців, котрі приходять до лабораторії рано вранці і не залишають її раніше півночі. Зі своєї кімнати в інституті я міг часто бачити, як він гуляє у своєму саду і поливає троянди навіть в робочий час. Але в центрі його інтересів була, без сумніву, наука». В кінці 1933 року Макс Планк, тогочасний президент Товариства кайзера Вільгельма, запропонував Дебаю обійняти посаду Інституту фізики, що існував в рамках Товариства. Дебай погодився, однак перемовини з владою і Рокфеллерським фондом, який фінансував будівництво будівлі і обладнання інституту, затягнулися, і він лише у жовтні 1935 року переїхав до Берліну і офіційно обійняв посаду; одночасно він обійняв посаду професора Берлінського університету. Будівництво завершилось навесні 1938 року; за ініціативи директора інституту було присвоєне ім'я Макса Планка. Ще до того, у 1936 році, Дебай отримав Нобелівську премію з хімії «за внесок в наше розуміння молекулярної структури шляхом досліджень дипольних моментів і дифракції рентгенівських променів і електронів 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). Хоча до того моменту вся його кар'єра була пов'язана з посадами професора фізики, його роботи багато в чому сприяли усуненню розриву між фізикою і хімією. Сам він неодноразово із задоволенням відзначав свою приналежність до обох наук.

Сучасники відзначали цілковиту аполітичність Дебая, котрий прагнув завершити розпочату в Берліні роботу з облаштування інституту і відкидав пропозиції перебратися за кордон. Однак залишатися осторонь подій, що відбувались у 1930-ті роки в Німеччині, було неможливо. Після початку Другої світової війни влада вирішила посилити секретність і повідомила Дебаю, що він не матиме змоги відвідувати свою лабораторію поки не прийме німецького громадянства. Після його відмови, науковцю рекомендували залишатися вдома і працювати над книгою. В кінці 1939 року Дебай отримав дев'ятимісячну оплачувану відпустку і в січні 1940 року залишив країну, вирушив спочатку до Швейцарії, потім до Італії, і, врешті, з Генуї відплив до Нью-Йорка. Його дружина приєдналася до нього пізніше, а син до того часу вже близько року перебував у США.

В США (1939–1966)

Формальним приводом для приїзду у Сполучені Штати стало запрошення прочитати цикл Бейкерівських лекцій на хімічному факультеті Кронельського університету. В травні 1940 року Німеччина вдерлася у Нідерланди, тому в липні Дебай вирішив залишитися в Корнелі і прийняти пропозицію очолити хімічний факультет; при цьому формально він залишався директором берлінського Інституту фізики (без окладу) до завершення війни, коли Товариство кайзера Вільгельма було перетворене на Товариство Макса Планка. Корнел став останнім місцем роботи в його тривалій кар'єрі. У 1946 році науковець отримав американське громадянство, у 1950 році пішов у відставку з посади декана, у 1952 — з посади професора хімії, однак, отримавши звання почесного професора, до самого кінця життя продовжував займатися наукою. Він читав лекції і давав консультації в різних містах США, а також зазвичай двічі на рік здійснював подорожі в Європу. В квітні 1966 року в аеропорту імені Кеннеді, звідки Дебай збирався почати чергову поїздку, у нього стався серцевий напад. Хоча вже через місяць він повернувся до наукової діяльності і викладання, невдовзі йому довелось знову лягти до лікарні. Науковець цікавився роботою своєї лабораторії до останніх днів життя. Він помер 2 листопада 1966 року і був похований на цвинтарі Плезант-гроув (Каюга-хайтс, округ Томпкінс, штат Нью-Йорк).

Особисті якості

На думку колег Дебая по Корнельському університету, його роботи мають свій унікальний стиль у такій мірі, як «картина може бути безпомилково приписана ель Греко або ван Гогу». Основна особливість дебаєвського стилю — тяжіння до простоти, до виділення головного і відкидання другорядного; розуміння суті проблеми дозволяло Дебаю за допомогою прекрасного володіння математичним апаратом чи експериментальною технікою отримувати численні висновки. З прагненням простоти пов'язана майстерність ученого як творця наочних моделей фізичних явищ, йому не подобалися надто математичні теорії, позбавлені конкретності і наочності. Він говорив, що займається тільки тими задачами, які йому цікаві і які він може вирішити, причому воліє цілком присвячувати себе поточній задачі, а не займатися одразу декількома проблемами. Професор Герні Зак згадував:

Його часте зауваження на семінарах і засіданнях — «Подивіться, це ж так просто» — вже стало дебаєвською легендою… Для нього фізичні науки були не набором вузьких спеціальностей, а єдиною сукупністю знань, через яку, подібно червоній нитці, проходило декілька основних принципів. В постійних спробах пов'язати явища з різних областей йому допомагала його феноменально пам'ять. Він міг забути точне ім'я автора чи точне місце публікації, але він ніколи не забував суті того, що він прочитав чи почув на конференції. Оригінальний текст (англ.) His frequent comment in colloquia and meetings "Look here, this is really so simple" has already become a Debye legend... For him the physical sciences were not a series of narrow specialties, but a coherent body of knowledge, where a few basic principles weaved like a red thread through the whole field. He was helped in his constant endeavour to correlate phenomena from different areas by his phenomenal memory. He may have forgotten the exact name of the author or the exact place of the publication, but he never forgot the essence of what he had read in a paper or heard at a meeting.

Петер Дебай позує скульптору Тіпке Віссеру (1937). В руці ученого — улюблена сигара

Студенти і колеги Дебая відзначали те, як приязно і уважно він ставився до всіх, хто звертався до нього за порадою або з якимись проблемами. Його діяльність сприяла подоланню розриву між експериментом і теорією, між фізикою і хімією. У зверненні Гарвардського університету, яке було випущене з нагоди присвоєння почесного докторського ступеню, його називали «фізиком з великим серцем, який з радістю простягає руку допомоги». Дебая цінували як прекрасного лектора, здатного ясно і дохідливо пояснити результати досліджень будь-якій аудиторії — колегам, школярам, студентам, промисловцям. Як науковий керівник він всіляко підтримував в своїх студентах прояви самостійності, прагнення розвивати власні ідеї і методи, навіть якщо сам з ними не погоджувався. Він отримував задоволення від участі в конференціях і зберіг ентузіазм до науки до кінця життя. Він цінував час і разом з тим вважав, що заняття наукою мають бути в радість. Один з колег згадував настанову, характерну для Дебая: «Працюй, коли забажаєш: тут немає режиму з восьми до п'яти. Приходь, коли хочеш, іди, коли побажаєш: тільки зроби що-небудь і, головне, отримуй задоволення від своєї роботи». Дебай був надзвичайно сімейною людиною, тому в основних його хобі — садівництві і риболовлі — брала постійну участь його дружина. Торкаючись особистих якостей Дебая, Генрі Зак писав:

Я намагався знайти просту рису (якщо це можливо), щоб охарактеризувати багатогранну особистість професора Дебая, і відчуваю, що ближче за все підійду до мого персонального уявлення про нього, якщо скажу, що він був дійсно щасливою людиною. Він не тільки був обдарований найпотужнішим і проникливим інтелектом і незрівняним умінням подавати свої ідей у найбільш прозорому вигляді, але він також володів мистецтвом жити повним життям. Він насолоджувався своїми науковими зусиллями, він глибоко любив свою родину і сімейне життя, він цінував красу природи і мав смак до задоволення життя на відкритому повітрі, про що свідчать такі його захоплення, як риболовля, збирання кактусів і садівництво, якими він займався в основному в компанії місіс Дебай. Він насолоджувався гарною сигарою і смачною їжею і був прив'язаний до своїх студентів і колег і любив їх товариство … <> … він житиме в нашій пам'яті, як блискучий науковець, чудовий учитель, по-батьківські готовий допомогти порадою, і, перш за все, як щаслива людина. Оригінальний текст (англ.) I have tried to find a simple attribute — if this is possible — with which to characterize Professor Debye's multifaceted personality, and feel that I come nearest to my personal image of him by saying that he was a truly happy or lucky man. He was not only endowed with a most powerful and penetrating intellect and an unmatched ability for presenting his ideas in a most lucid way, but he also knew the art of living a full life. He greatly enjoyed his scientific endeavours, he had a deep love for his family and home life, he had an eye for the beauties of nature and the taste for the pleasures of out-of-doors as manifested by his hobbies such as fishing, collecting cacti, and gardening, mostly in the company of Mrs Debye. He enjoyed a good cigar and a good table, and he had affections for his students and associates and liked their company … <> … he will live in our memory as a brilliant scientist, a great teacher, a fatherly and helpful adviser, and, above all, as a happy man.

Наукова діяльність

Теплоємність твердого тіла

Порівняння температурних залежностей питомої теплоємності, отриманих Ейнштейном і Дебаєм. Видно, що в сфері високих температур теплоємність виходить на постійне значення, що дається законом Дюлонга — Пті.

Історична дискусія 2006–2011 років

Звинувачення у пособництві нацистам

Нещодавно з'явилися свідчення про те, що Дебай симпатизував режиму Гітлера, зокрема, переслідував учених єврейського походження і нерідко закінчував свої листи вітанням «Хайль Гітлер». У зв'язку з цим університет Утрехта зняв його ім'я з свого інституту фізики і хімії наноматеріалів, а університет Маастрихта відмінив щорічну премію Дебая за досягнення в області хімічної фізики. Проте дані відомості зовсім не зменшують наукових заслуг Петера Дебая.

В січні 2008 комісія під керівництвом доктора Я. К. Терлува (колишнього заступника прем'єр-міністра Нідерландів та міністра економіки) рекомедувала утрехтському та маастрихтському університетам використовувати далі ім'я Дебая в назвах фізичного та хімічного інститутів в Утрехті та продовжувати нагороджувати премією Дебая в Маастрихті. . Комісія дійшла висновку, що Дебай не був членом нацистської партії, не був антисемітом, не розповсюджував нацистської пропаганди, не співробітничав нацистськими військовими структурами, не був колабораціоністом, так само як і не був героєм антифашистського опору. Університет Утрехту погодився з рекомендацією, а університет Масстрихту відмовився їй слідувати. Проте, в лютому 2008 року фундація Хустінкса з Маастрихта, засновник та спонсор премії Петера Дебая, оголосила, що буде продовжувати нагороджувати премією. Місто Маастрихт, в якому народився Дебай, оголосило, що воно не бачить причин змінювати назви вулиці Дебая та площі Дебая.

Нагороди і членства

• Медаль Румфорда (1930)
• Медаль Лоренца (1935)
• Нобелівська премія з хімії (1936)
• Медаль Франкліна (1937)
• Лицар Ордена Нідерландського лева (1937)
• Медаль Гіббса (1949)
• Медаль Макса Планка (1950)
• Командор Ордена Леопольда II (1956)

Пам'ять

На честь вченого названо астероїд 30852 Дебай.

Твори

Книги

• Debye P. Polar molecules: Wisconsin lectures. — New York : Chemical Catalog Co, 1929.
• Debye P. Die Struktur der Materie. — Leipzig : Hirzel, 1933.
• Debye P., Sack H. Theorie der elektrischen Moleküleigenschaften // Handbuch der Radiologie. — 1934.
• Debye P. Kernphysik. — Leipzig : Hirzel, 1935.
• Debye P. Colected papers. — New York : Interscience, 1954.
• Debye P. Topics in chemical physics: Harvard lectures. — New York, Amsterdam : Elsevier, 1962.
• Debye P. Molecular forces: Baker lectures. — New York : Interscience, 1967.

Основні статті

• Debye P. Näherungsformeln für die Zylinderfunktionen für große Werte des Arguments und unbeschränkt veränderliche Werte des Index. — 1909. — DOI:10.1007/BF01450097.
• Debye P. Der Wahrscheinlichkeitsbegriff in der Theorie der Strahlung // Annalen der Physik. — 1910. — DOI:10.1002/andp.19103381617.
• Debye P. Einige Resultate einer kinetischen Theorie der Isolatoren // Physikalische Zeitschrift. — 1912.
• Debye P. Zur Theorie der spezifischen Wärmen // Annalen der Physik. — 1912. — DOI:10.1002/andp.19123441404.
• Debye P. Zur Theorie der anomalen Dispersion im Gebiete der langwelligen elektrischen Strahlung // Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft. — 1913.
• Debye P. Interferenz von Röntgenstrahlen und Wärmebewegung // Annalen der Physik. — 1913. — DOI:10.1002/andp.19133480105.
• Debye P., Scherrer P. Interferenzen an regellos orientierten Teilchen im Röntgenlicht. I // Physikalische Zeitschrift. — 1916.
• Debye P. Quantenhypothese und Zeeman-Effekt // Physikalische Zeitschrift. — 1916.
• Debye P. Die van der Waalsschen Kohäsionkräfte // Physikalische Zeitschrift. — 1920.
• Debye P. Zerstreuung von Röntgenstrahlen und Quantentheorie // Physikalische Zeitschrift. — 1923.
• Debye P., Hückel E. Zur Theorie der Elektrolyte. I. Gefrierpunktserniedrigung und verwandte Erscheinungen // Physikalische Zeitschrift. — 1923.
• Debye P., Hückel E. Zur Theorie der Elektrolyte. II. Das Grenzgesetz für die elektrische Leitfähigkeit // Physikalische Zeitschrift. — 1923.
• Debye P. Einige Bemerkungen zur Magnetisierung bei tiefer Temperatur // Annalen der Physik. — 1926. — DOI:10.1002/andp.19263862517.
• Debye P., Bewilogua L., Ehrhardt F. Zerstreuung von Röntgenstrahlen an einzelnen Molekeln // Physikalische Zeitschrift. — 1929.
• Debye P., Sears F. W. On the scattering of light by supersonic waves // Proceedings of the National Academy of Sciences. — 1932. — Т. 18. — С. 409—414.
• Debye P. Molecular-weight determination by light scattering // Journal of Physical and Colloid Chemistry. — 1947. — Т. 51. — С. 18—32. — DOI:10.1021/j150451a002.
• Debye P. Angular dissymmetry of the critical opalescence in liquid mixtures // Journal of Chemical Physics. — 1959. — Т. 31. — С. 680—687. — DOI:10.1063/1.1730446.

Див. також

• Температура Дебая
• Радіус Дебая
• Дебай