Ханс Бете: Человек, объяснивший солнечный свет

В 1938 году тридцатидвухлетний беженец, работавший в Корнеллском университете, вычислил, откуда берется свет звезд. CNO-цикл (углеродно-азотно-кислородный цикл) — катализируемый углеродом синтез водорода в гелий — определил основной источник энергии звезд главной последовательности, что в конечном итоге принесло ему Нобелевскую премию. Четыре года спустя этот же человек был в пустыне Нью-Мексико, руководя отделом, который рассчитывал, какую часть города уничтожит атомная бомба. Ханс Бете (Hans Bethe) потратил остаток своей очень долгой жизни, пытаясь взять второе открытие под контроль.

От Страсбурга до Зоммерфельда

Он родился 2 июля 1906 года в Страсбурге, тогда входившем в состав германской Эльзас-Лотарингии, в семье Анны Кун (Anna Kuhn) и Альбрехта Бете (Albrecht Bethe), профессора физиологии. В 1924 году он поступил во Франкфуртский университет, а в 1928 году получил докторскую степень в Мюнхене под руководством Арнольда Зоммерфельда (Arnold Sommerfeld), величайшего наставника теоретиков-физиков того времени, защитив диссертацию по теории дифракции электронов в кристаллах. Его продуктивность проявилась сразу и никогда не угасала: формула Бете для потерь энергии заряженных частиц при прохождении через вещество в 1930 году, анзац Бете (Bethe ansatz) — метод нахождения точных решений для квантовых многочастичных моделей, остающийся центральным в математической физике — в 1931 году.

В 1933 году он был уволен из Тюбингенского университета из-за своего еврейского происхождения. Он уехал в Англию, а в 1935 году — в Корнеллский университет в Итаке, штат Нью-Йорк, с зарплатой 3000 долларов. Он оставался там семьдесят лет. 13 сентября 1939 года он женился на Розе Эвальд (Rose Ewald), в 1941 году стал гражданином США и позже написал Зоммерфельду: «Я чувствую себя в Америке гораздо больше дома, чем когда-либо в Германии. Как будто я родился в Германии по ошибке и попал на свою настоящую родину только в 28 лет».

Почему сияют звезды

Звездный нуклеосинтез был проблемой десятилетия, и Бете решил ее самую сложную часть. Его описание углеродно-азотно-кислородного цикла объяснило, как массивные звезды превращают массу в излучение, и, как следствие, почему небо полно света, а не пепла. Это достижение было отмечено Нобелевской премией по физике в 1967 году, почти тридцать лет спустя.

Лос-Аламос

С 1942 по 1945 год Бете возглавлял теоретический отдел в Лос-Аламосе, группу, ответственную за превращение физики в оружие. Его сотрудники рассчитали критическую массу урана-235, разработали теорию имплозионной бомбы и работали над нейтронными инициаторами и распространением излучения. Вместе с Ричардом Фейнманом (Richard Feynman) он разработал формулу Бете-Фейнмана для оценки мощности взрыва ядерного оружия. Его оправдание было тем самым, которое использовали большинство его коллег, и он никогда его не приукрашивал: «Бомбу нужно было создать, потому что немцы, предположительно, тоже ее делали».

С водородной бомбой все было иначе, и он никогда не чувствовал себя комфортно в связи с этим. В 1968 году он с необычной откровенностью описал свои доводы: «Если бы я не работал над бомбой, это сделал бы кто-то другой — и я думал, что если я останусь в Лос-Аламосе, то смогу стать силой, выступающей за разоружение». На вопрос о том, кто является отцом этой вещи, он дал исчерпывающий ответ: «Улам (Ulam) — отец, потому что он дал семя, а Теллер (Teller) — мать, потому что он оставался с ребенком. Что касается меня, думаю, я акушерка».

Двенадцать уравнений

Затем, в 1947 году, последовал расчет, который коллеги до сих пор описывают с благоговением. Экспериментаторы обнаружили крошечную аномалию в энергетических уровнях водорода — лэмбовский сдвиг (Lamb shift), который существующая теория не могла объяснить. Бете вычислил его в статье из трех страниц, содержащей двенадцать математических уравнений, показав, что с бесконечностями, мучающими квантовую электродинамику, можно справиться и что теория фундаментально верна. Фейнман назвал это «важнейшим открытием в истории теории квантовой электродинамики». Поль Дирак (Paul Dirac) назвал это «самым важным расчетом в физике за десятилетия». Современная КЭД, самая точно проверенная теория в науке, начинается именно отсюда.

Долгий спор

Помогнув создать оружие, Бете потратил пять десятилетий на борьбу против него. Он вел кампанию против ядерных испытаний вместе с Альбертом Эйнштейном (Albert Einstein) через Комитет по чрезвычайным ситуациям ученых-атомщиков и работал с последующими администрациями США, способствуя принятию Договора о запрещении испытаний ядерного оружия 1963 года и Договора об ограничении систем противоракетной обороны 1972 года. Это был особый тип активности Бете — технический, терпеливый, проводимый через документы комитетов и расчеты мощности, а не через манифесты, и эффективный именно по этой причине. Он оставался в Корнелле в качестве профессора физики имени Джона Уэнделла Андерсона (John Wendell Anderson), публикуя работы до девяноста с лишним лет.

Почему Ханса называют гением

Конкретное качество здесь — это способность решать задачи в промышленном масштабе: способность взять физическую ситуацию, которую никто не свел к цифрам — звезда, ударная волна, аномальная спектральная линия — и получить число. Его аспирант Фримен Дайсон (Freeman Dyson) назвал его «величайшим решателем задач XX века». Статья о лэмбовском сдвиге — лучшее тому доказательство: три страницы, двенадцать уравнений, спасение квантовой электродинамики, и двое самых выдающихся физиков современности называют это важнейшим расчетом за десятилетия. Очень немногие люди внесли вклад на высшем уровне в физику твердого тела, теорию ядерных реакций, астрофизику, проектирование оружия и квантовую теорию поля; Бете сделал все пять.

Честный контраргумент заключается в том, что Бете не был революционером. Он не основал никакой структуры и не перевернул картину мира; он работал в рамках квантовой механики, оставленной Борном (Born) и Гейзенбергом (Heisenberg), и в рамках квантовой электродинамики, оставленной Дираком (Dirac), и его главные достижения — это вычисления в рамках теорий других людей, какими бы блестящими они ни были. Скептики другого толка указывают на моральную сторону: он сделал бомбу, а затем потратил пятьдесят лет, лоббируя против ее последствий, и его собственное объяснение — что кто-то другой все равно сделал бы это, и что он мог быть силой для разоружения изнутри — стандартная защита каждого ученого-оружейника, который хотел усидеть на двух стульях. Бете это знал. Его отказ от отцовства водородной бомбы и настойчивое использование слова «акушерка» воспринимается как признание человека, ведущего собственный счет.

Наследие

Награды накапливались на протяжении шести десятилетий: Медаль Генри Дрейпера (Henry Draper Medal) в 1947 году, иностранное членство в Королевском обществе в 1957 году, Медаль Франклина (Franklin Medal) в 1959 году, Медаль Эддингтона (Eddington Medal) и Премия Энрико Ферми (Enrico Fermi Award) в 1961 году, Премия Румфорда (Rumford Prize) в 1963 году, Нобелевская премия в 1967 году, Национальная научная медаль в 1975 году, Золотая медаль имени Ломоносова в 1989 году, Медаль Эрстеда (Oersted Medal) в 1993 году, Медаль Брюс (Bruce Medal) в 2001 году и посмертно Медаль Бенджамина Франклина (Benjamin Franklin Medal) в 2005 году. Он скончался в Итаке 6 марта 2005 года в возрасте девяноста восьми лет, пережив почти всех, с кем работал, и объяснив попутно, почему существует дневной свет.