Петер Дебай: відмінності між версіями

З іменем Дебая пов'язана низка визначних досягнень в теоретичній й експериментальній фізиці, фізичній хімії, математиці — він запропонував модель [[Модель Дебая|твердого тіла]], на основі якої пояснив поведінку [[питома теплоємність|питомої теплоємності]] за низьких температур (характерна температура, нижче за яку істотного значення набувають [[Квантовий ефект|квантові ефекти]], отрималадістала назву [[Температура Дебая|температури Дебая]]), теоретично описав вплив теплових коливань [[Кристалічна ґратка|кристалічної ґратки]] на [[Бреггівська дифракція|дифракцію рентгенівських променів]] ([[фактор Дебая — Валлера|фактор Дебая — Валлера]]), спільно з [[Пауль Шеррер|Паулем Шеррером]] розробив [[Метод Дебая — Шеррера|порошковий метод]] [[Рентгеноструктурний аналіз|рентгеноструктурного аналізу]] і використав методи рентгенівського розсіювання для дослідження структури рідин та окремих молекул, вперше спостерігав дифракцію світла на ультразвуці і використав метод розсіювання світла для дослідження структури молекул (зокрема полімерів), розвинув дипольну теорію [[діелектрик]]ів, на основі якої пояснив їхні дисперсійні властивості і деякі аспекти міжмолекулярних взаємодій, разом із [[Еріх Гюккель|Еріхом Гюккелем]] розробив теорію слабких розчинів сильних електролітів. Серед інших досягнень Дебая також розробка методу перевалу для обчислення деяких інтегралів спеціального вигляду, новий спосіб виведення формули Планка, створення квантової теорії нормального [[Ефект Зеемана|ефекту Зеемана]], теоретичне обґрунтування [[Комптонівське розсіювання|ефекту Комптона]], винайдення нового способу досягнення низьких температур методом [[адіабатичне розмагнічування|адіабатичного розмагнічування]].

Початкову освіту Дебай отримавздобув ву місцевій католицькій школі. У віці 12 років вступив до вищої цивільної школи (''Hogere Burgerschool'') в Маастрихті, де навчався п'ять років, і на випускних екзаменах 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 ([[давньогрецька мова|грецька]] і [[латина]]), тому шлях до класичної університетської освіти був для юнака закритий і вибір постав між [[Делфтський технічний університет|Делфтським технічним університетом]] і [[Рейнсько-Вестфальський технічний університет Аахена|Вищою технічною школою в Аахені]]. Вартість навчання і близькість до дому визначили вибір на користь [[Аахен]]а. 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 [[Вихрові струми|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, імовірно, належить зміна в написанні прізвища молодого ученого: в роботах, написаних голландською мовою, він практично незмінно почав підписуватися ''Debye'' замість ''Debije''{{sfn|Davies|1970|pp=176—177}}{{sfn|Courtens|2002|p=46—53}}.

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 [[Гарвардський університет|Гарвардського університету]], випущеному з нагоди присвоєння почесного докторського ступенюступеня, 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{{sfn|Davies|1970|pp=216—219}}{{sfn|Long|1967}}. Торкаючись особистих якостей Дебая, Генрі Зак писав:

У 1912 році Дебай опублікував статтю «До теорії питомої теплоємності» ({{lang-de|Zur Theorie der spezifischen Wärmen}}), яка містила важливий крок в розвитку теорії теплоємності твердого тіла. Згідно з класичною [[Статистична механіка|статистичною механікою]], з [[Закон рівнорозподілу|теореми про рівнорозподіл]] енергії за [[Ступені вільності|ступенями вільності]] випливає незалежність [[Питома теплоємність|питомої теплоємності]] від температури, тобто [[Закон Дюлонга — Пті|закон Дюлонга&nbsp;— Пті]]. Експерименти, проведені до початку XX століття, показали, що цей закон слушний лише за достатньо великих температур, тоді як за охолодження спостерігається зменшення питомої теплоємності. У 1907 році [[Альберт Ейнштейн]], припустив, що всі атоми твердого тіла коливаються з однаковою частотою, і застосував до цих коливань квантову гіпотезу Планка, отримавши [[Модель теплоємності Ейнштейна|експоненційне падіння теплоємності з температурою]], що мало лише якісну відповідність з дослідом. Емпірична спроба покращити цю відповідність за рахунок введення половинних частот, зроблена [[Вальтер Герман Нернст|Вальтером Нернстом]] і {{Не перекладено|Фредерік Ліндеман|Фредеріком Ліндеманом||Frederick Lindemann}} у 1911 році, не була достатньо обґрунтована теоретично. У тому ж 1911 році Ейнштейн визнав незадовільність свого підходу. В [[модель Дебая|моделі Дебая]] тверде тіло представляється суцільним середовищем, в якому частоти пружних коливань обмежені певним граничним (максимальним) значенням, що називається дебаївською частотою і визначається з наступноїтакої умови: повне число коливань, кожному з яких відповідає планківська енергія <math>h\nu</math>, припускається рівним числу ступенів вільності <math>3N</math>, де <math>N</math>&nbsp;— число атомів, що складають тверде тіло. В своїй статті Дебаю вдалося обрахувати число ступенів вільності для тіла зі сферичною формою і отримати вираз для питомої теплоємності, відомий нині як [[закон Дебая]]. Ця формула представляє теплоємність у вигляді універсальної функції співвідношення температури до характерної величини, що називається [[температура Дебая|температурою Дебая]], причому в сфері низьких температур має спостерігатися кубічна залежність теплоємності від температури. Порівняння цього результату з дослідними даними, проведене науковцями, показало гарну відповідність{{sfn|Гуревич и Дзялошинский|1987|с=527—528, 531—532}}{{sfn|Davies|1970|pp=179—180}}.

Інтерес Дебая до проблем дифракції і взаємодії рентгенівського випромінювання з речовиною був не випадковим. Цьому сприяло середовище, в якому перебував науковець у Мюнхені: тут продовжував плідно працювати професор [[Вільгельм Конрад Рентген|Рентген]], першовідкривач нового виду променів; звертався до цієї теми й Зоммерфельд, учень якого {{Не перекладено|Пауль Евальд|Пауль Евальд|en|Paul Peter Ewald}} теоретично дослідив питання про оптичні властивості набору періодично розташованих розсіювачів. Робота Евальда привернула увагу іншого асистента Зоммерфельда&nbsp;— [[Макс фон Лауе|Макса фон Лауе]], який на цій основі запропонував спосіб остаточно довести електромагнітну природу рентгенівських променів. Ідея полягалабула у наступномутака: якщо рентгенівське випромінювання є різновидом електромагнітного, тоді можна спостерігати дифракцію цих променів на структурі, відстань між елементами якої порядку довжини хвилі; в даному випадку в якостіяк такоїтаку структуриструктуру можна використовувати кристалічну ґратку. Це припущення було підтверджене під час експериментів і дало початок [[Рентгеноструктурний аналіз|рентгеноструктурному аналізу]]{{sfn|Davies|1970|p=178}}.