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户外 露出 曼哈顿盘算推算的灵魂东说念主物,20 世纪最强问题搞定者


发布日期:2025-04-21 12:32    点击次数:136


户外 露出 曼哈顿盘算推算的灵魂东说念主物,20 世纪最强问题搞定者

本文来自微信公众号:返朴 (ID:fanpu2019)户外 露出,作家:王善钦

贝特是物理学与天体物理学限制的一代宗匠,对量子力学、固体物理学、核物理、天体物理学、量子电能源学与粒子物理学等多个限制齐作念出杰出孝敬,因此荣获 1967 年的诺贝尔物理学奖与其他多项大奖。在曼哈顿盘算推算中,贝特以表面部主任的身份带领一批杰出的物理学家,搞定了原枪弹制造经过中的宽敞要道问题。贝特因为其诡计才气超强、孝敬甩手超多、涉猎边界超广,而被戴森称为“20 世纪最强问题搞定者”。

当东说念主们提及曼哈顿盘算推算(Manhattan Project)时,粗略率最初想起的是被称为“原枪弹之父”的奥本海默(J. Robert Oppenheimer,1904-1967)。事实上,奥本海默并不参与原枪弹爆炸旨趣的推敲与具体的复杂诡计,承担这一任务的是曼哈顿盘算推算的表面部,这是洛斯阿拉莫斯实验室中最迫切的部门。

表面部主任贝特(Hans Albrecht Bethe, 1906-2005)位于这个智商金字塔的尖端。在他的带领下,表面部克服种种贫瘠,搞定了原枪弹研制经过中的宽敞迫切表面问题,保证了项指标顺利。

贝特。图片起头:Los Alamos National Laboratory

贝特同期是又名杰出的物理学与天体物理学专家。他被任命为曼哈顿盘算推算表面部的主任,正因为他此前已是好意思国核物理限制的领军东说念主物。他的科研生计捏续了至少 70 年,其中有至少 50 年捏续处于巅峰期。在此期间,他转战不同限制,均获取迫切的、以至划时间的甩手,进展出过东说念主的资质、发奋与创造力。由于系统而深入推敲了主序恒星(包括太阳)里面的核聚变经过,他获取 1967 年的诺贝尔物理学奖,获奖旨趣是,“他对核响应表面的孝敬,颠倒是对于恒星内能量产生的发现。”

本文先容贝特的生平与科学孝敬。

学术世家的宠儿

1906 年 7 月 2 日,贝特缔造于其时属于德国的斯特拉斯堡(Strasbourg,当今属于法国)。

贝特的父亲阿尔布雷希特・贝特(Albrecht Julius Theodor Bethe,1872-1954)是又名生理学家,主要推敲无脊椎动物的神经系统。阿尔布雷希特于 1895 年在慕尼黑大学获取玄学博士学位,于 1896 年到 1911 年在斯特拉斯堡生理学推敲所责任,于 1898 年在那处获取医学博士学位 [1]。

贝特的外公亚伯拉罕・库恩(Abraham Kuhn,1838-1900)是斯特拉斯堡大学的阐扬,他的女儿安娜・库恩(Anna Kuhn,1876-1966)嫁给阿尔布雷希特后更名为安娜・贝特-库恩(Anna Bethe-Kuhn)。贝特降生时,他外公照旧死灭。

1911 年,阿尔布雷希特成为基尔大学生理学推敲所的阐扬和主任。1915 年,阿尔布雷希特成为法兰克福大学生理学推敲所长处 [2]。这两次任命使贝特一家两次搬家,贝特也因此曲折多个学校念书。

12 岁时的贝特与父母的合照。图片起头:环球版权

1924 年,贝特高中毕业,进入法兰克福大学攻读化学专科学位。事实证明,贝特不相宜这个专科,因为他的实验才气很差,屡次出问题;最严重时,他把硫酸洒到了我方的实验服上。这一丝,他与自后的好友奥本海默同舟共济。

1926 年 4 月,在忠实的建议下,贝特转学到慕尼黑大学,师从有名表面物理学家索末菲(Arnold Sommerfeld,1868-1951)。擅长表面推敲的贝特从此融为一体。索末菲建议贝特以晶体中的电子衍射动作推敲课题,他也由此进入固体物理学限制。

1928 年,22 岁的贝特获取博士学位,次年入职斯图加特工业大学。

年青有为

1929 年,贝特发表了数篇论文,推敲包括氢原子电子能的对称、氦气体的电子散布、晶体分离等课题,这些课题波及量子力学与固体物理学。在索末菲的推选下,贝特获取洛克菲勒基金会(Rockefeller Foundation)提供的游学奖学金(Travelling Scholarship),每个月 150 好意思元(相称于 2023 年的约 2765 好意思元)。

1930 年,贝特发表了长达 76 页的论文《高速粒子射线通过物资的表面》[3]。这篇论文从薛定谔方程起程,应用傅里叶变换,获取有名的“贝特公式”(Bethe formula)。这个公式描述粒子通过介质时的平均能量蚀本。贝特自后合计这是我方一世中最伟大的论文(莫得“之一”),其时他才 24 岁。这篇论文于今为止被援用了 6 千屡次。

同庚,贝特应用游学奖学金考察剑桥大学卡文迪什实验室,作念福勒(Ralph Fowler,1889-1944)的博士后。布莱克特(Patrick Blackett,1897-1974)但愿他能够将“贝特公式”扩充到相对论情形,以描述极点高速的粒子。贝特称心了布莱克特的愿望,将扩充后的公式写入论文《相对论性电子延缓公式》[4],于 1932 年发表。

在剑桥大学期间,贝特还与吞并实验室的年青东说念主和谐捏造了一篇写给剪辑部的开顽笑“论文”[5]。这篇“论文”以摄氏度为单元诡计完全零度时的精细结构常数,以讪笑其时一些物理学家拼集物理学常数。天体物理学专家爱丁顿(Arthur Eddington,1882-1944)就也曾用一些数字拼集精细结构常数的值。(编者注:参见《他是天体物理学的一代宗匠,亦然学科发展的绊脚石?》)贝零散东说念主在尔后说念歉。[6]

按照盘算推算,贝特用剩下的一半奖学金考察罗马大膏火米(Enrico Fermi,1901-1954)的物理实验室。费米的过东说念主才智敬佩了贝特,令他感到相知恨晚。另一方面,贝特也被合计是考察费米实验室的东说念主中最杰出的一位。贝特从索末菲那处袭取了严格的立场,从费米那处袭取了大肆的立场。

“贝特假定”

1931 年 3 月,贝特发表了早期的代表作《对于金属的表面. I. 线性原子链的本征值与本征函数》[7]。这篇论文提议了有名的“贝特假定”(Bethe ansatz),用以精确诡计一维量子多体模子问题,寻找某些量子多体模子的波函数的精确本征值与本征函数。于今为止,这篇论文获取 4700 屡次援用。物理学专家费曼(Richard Feynman,1918-1988)在死灭前写在黑板上的待学习(To learn)主题之一便是“贝特假定问题”(Bethe ansatz problems)。而曩昔贝特发表这篇论文时,还未满 25 岁。

在罗马访学期间,贝特还与费米和谐,推敲量子电能源学(QED)。QED 是描述电子 / 正电子(物资)与光子(放射)互相作用的一门物理学分支。贝特与费米和谐了一篇 QED 限制的论文《两个电子的互相作用》[8],它于 1932 年发表。

贝特 1932 年还写了两篇综述。第一篇的主题是氢和氦的量子力学,第二篇的主题是金属中的电子。1959 年,巴彻(Robert Bacher,1905-2004)与韦斯科普夫(Victor Weisskopf,1908-2002)为了再次出书贝特那篇对于量子力学的综述而崇敬阅读,发现它博大精真金不怕火,仅需要少许的更新即可重版。

贝特-海特勒公式

扫尾游学后,贝特回到德国,并于 1932 年景为图宾根大学的助理阐扬。关联词,纳粹德国很快初始排犹。由于贝特的母亲有 1/2 犹太血缘,他也受到负担而被大学罢免。在英国物理学家小布拉格(William Lawrence Bragg,1890-1971)的匡助下,贝特于 1933 年获取曼彻斯特大学提供的聘期一年的讲师职位,迅速前去英国。

在英国期间,贝特与同为德国东说念主的佩尔斯(Rudolf Peierls,1907-1995)成为好友,他也因为犹太血缘而逃离德国。在其影响下,贝特初始推敲核物理。自后佩尔斯成为英国的原枪弹盘算推算(“合金管盘算推算”)的负责东说念主,并在二战晚期与贝特再次再见,在原枪弹制造方面进行和谐。

由于出色的学术才气,贝特很快先后获取布里斯托尔大学与康奈尔大学的聘请。康奈尔大学允许贝特践诺完布里斯托尔大学的公约后再入职。

1934 年,贝特与海特勒(Walter Heinrich Heitler,1904-1981)和谐发表了论文《对于快粒子的罢手和正电子的产生》[9],推敲了原子与分子对光子的散射以及光子褪色为电子与正电子对的经过。这篇论文提议了有名的“贝特-海特勒公式”。这篇经典著述被援用向上 2500 次。

“贝特圣经”

1935 年 2 月,贝特入职康奈尔大学。在这里他推敲作念得申明鹊起,并与泰勒(Edward Teller,1908-2003)等东说念主成为好友。

1936 年-1937 年,贝特连气儿发表三篇核物理限制的重磅论文,第一篇论文与巴彻(第二作家)和谐,筹办原子核的巩固性 [10];第二篇为贝特独自撰写,筹办原子核能源学的表面 [11];第三篇论文与利文斯顿(Milton Livingston,1905-1986,第一作家)和谐,筹办原子核能源学的实验 [12]。

这三篇论文在核物理限制领有高明地位,被其时的一些学者称为“贝特圣经”(Bethe's Bible)。

豪言壮语的贝特写信给母亲,说:“我是好意思国名列三甲的表面家。这并不虞味着我是最好的。维格纳 [Eugene Wigner,1902-1995] 天然更好,奥本海默和泰勒可能与他相通好。但我作念得多,说得多,这也很迫切。”[6]

1937 年,贝特在杜克大学讲学时际遇罗斯・埃瓦尔德(Rose Ewald,1917-2019),她也因为纳粹德国的蹧蹋而逃到好意思国。罗斯的父亲保罗・埃瓦尔德(Paul Ewald,1888-1985)是有名的晶体学家与物理学家、X 射线衍射法的前驱;他的博士导师亦然索末菲,因此他是贝特的同门师兄。因为这层关系,罗斯在十几岁时就在德国见过贝特。在杜克大学碰见后,二东说念主成为恋东说念主,并在 1939 年 9 月娶妻。

贝特浑家埃瓦尔德(1967 年)。图片起头:环球版权盗火的普罗米修斯:破解恒星能源之谜

早在 1920 年,爱丁顿就在论文中指出,恒星大部分时期的能源不是来自恒星的削弱,而是来自氢原子核(质子)的聚变。但是,爱丁顿莫得给出氢聚变为氦的具体经过。

1937 年,伽莫夫(George Gamow,1904-1968)和魏扎克(Carl von Weizsäcker,1912-2007)提议,太阳中枢的质子与质子通过“质子-质子链”(pp 链)响应聚变为氦,开释出能量。此外,魏扎克在 1937 年与 1938 年还提议碳氮氧(CNO)轮回经过。不外,这些责任尚未给出一些迫切的具体经过。

pp 链的基础是质子聚变为氘(D)的响应,即 pp 响应:两个质子聚变为氘,同期开释出一个正电子与中微子。魏扎克建议贝特推敲 pp 响应。险些同期,伽莫夫也让学生克里奇菲尔德(Charles Critchfield,1910-1994)诡计 pp 响应。后者在 1938 岁首完成这个诡计,伽莫夫建议将此文发给贝特审阅,因为贝特在双核子响应方面作念过许多诡计 [13]。贝特阐发克里奇菲尔德诡计正确。二东说念主因此和谐了论文《质子组合酿成氘》。[14]

贝特与克里奇菲尔德诡计的经过如下:两个质子衔尾为氘、氘与质子衔尾为氦-3,氦-3 与氦-4 衔尾铍-7,铍-7 衰变为锂-7,锂-7 与质子衔尾为 2 个氦-4。

自后的推敲标明,pp 链有 4 种类型。贝特与克里奇菲尔德其时诡计的是当今所说的 II 型 pp 链。太阳中枢温度为 1570 万 K,其中枢的氢聚变以 I 型 pp 链为主要模式,它为太阳孝敬了 81.6% 的能量;II 型 pp 链为太阳孝敬了 16% 的能量。尽管他们莫得辩论其他类型的 pp 链,但他们对 II 型 pp 链的诡计已有余迫切与超卓。

让二东说念主感到困扰的是,要是太阳中枢温度是爱丁顿此前预见的 4000 万 K,将这个值代入诡计后,得到的亮度远向上不雅测到的太阳亮度。

1938 年 3 月 17 日,贝特应邀参加了伽莫夫与泰勒举办的第四届华盛顿表面物理年会。此次年会的主题是“恒星能量的产生”。贝特本来不想领受这个邀请,因为他其时的趣味趣味依然在 QED。但是,在泰勒的劝说下,他照旧参会了。[13]

此次会议上,斯特罗姆格伦(Bengt Strömgren,1908-1987)晓喻,根据他对太阳化学身分的分析与诡计,太阳中枢的温度约为 1500 万 K,而不是 4000 万 K。将 1500 万 K 代入贝特与克里奇菲尔德的诡计后,得到的太阳亮度与不雅测亮度很吻合。这对贝零散东说念主是一个饱读励。

会议扫尾后,贝特念念考质地更大的恒星里面的核响应。恒星质地越大,中枢温度越高,里面产能率也越高。贝特知说念,比氦-4 更重的元素中,锂、铍、硼齐太爱护,因此他合计碳是可能的响应首先。[13]

经过 2 个星期的念念考与诡计 [13],贝特再行发现了 CNO 轮回响应。贝特发现的轮回经过为:碳-12 → 氮-13 → 碳-13 → 氮-14 → 氧-15 → 氮-15 → 碳-12。在通盘经过中,碳、氮、氧起到催化剂作用,本身不被糜掷。

I 型 CNO 轮回经过。图中 H、He、C、N、O、ν 与 γ 区分为为氢、氦、碳、氮、氧、中微子与伽玛光子。图片起头:Borb

尔后,实验物理学家用高速质子轰击碳-12 靶,很快发现了氮-13 衰变的笔据。这证明贝特的诡计是正确的。自后的推敲标明,恒星里面的氢通过 CNO 轮回经过聚变为氦的渠说念有多个。魏扎克与贝特发现的齐是 I 型 CNO 轮回经过户外 露出,它也因此被称为“贝特-魏扎克轮回”(Bethe-Weizsäcker cycle)。

贝特将推敲甩手写入论文《恒星能量的产生》[15]。在这篇论文中,贝特还进一步仔细诡计了 pp 链的响应率,并指出:访佛于太阳等质地较小的恒星,里面能量主要来自 pp 链响应;大质地恒星的里面能量主要来自 CNO 轮回。这个论断于今依然正确。

贝特的论文给出的两种产能方式的产能率与温度(单元为 100 万 K)的关系。点虚线为 pp 链,虚线为 CNO 轮回,实线暗意两者之和。当恒星中枢温度低于 1500 万 K 时,pp 链孝敬了绝大部分能量;反之,CNO 轮回孝敬了绝大部分能量。图片起头:参考文件 [15]

贝特将《恒星能量的产生》投到《物理学驳斥》(Physical Review)。不久后,贝特的博士推敲生马沙克(Robert Marshak,1916-1992)闪耀到,纽约科学院正在赏格 500 好意思元(相称于 2023 年的 10915 好意思元),征求太阳和恒星能源的最好论文,条目是论文尚未发表。[13]

马沙克立即把音讯告诉贝特。贝特速即撤除论文,把它寄到纽约科学院,赢得 500 好意思元奖金。他分给马沙克 50 好意思元,动作信息费。然后,他给德国政府寄了 250 好意思元,以确保其时正准备逃离德国的母亲搬家时,悉数要搬走的物品不错得到妥善处理。[13]

临了,这篇划时间的论文被贝特再行投给《物理学驳斥》,并于 1939 年 3 月被发表。这篇论文的甩手不仅适用于太阳,何况适用于悉数处于主序阶段的恒星(处于中枢氢聚变情景的恒星)。恒星一世中的大部分时辰处于主序阶段。

曼哈顿盘算推算的灵魂东说念主物

二战在欧洲爆发后,大批学者初始投身于火器瞎想关系的课题。贝特也不例外,他与泰勒和谐推敲弹头穿过气体时的冲击波表面。他还推敲了装甲穿透表面,不外该表面立即被部队列入渊博,尚未成为好意思国公民的贝特因此无法进一步涉足。

1941 年 3 月,贝特获取好意思国国籍,这为他从事军事科研扫除了最大忙绿。1941 年 12 月,贝特终于获取安全许可,加入麻省理工学院的放射实验室。在那处,他发明了可用于雷达组的“贝特孔定向耦合器”(Bethe-hole directional coupler)。

曼哈顿盘算推算矜重启动后,奥本海默被任命为科学主任,统筹悉数部门。这些部门中,表面部负责进行表面诡计,笃定各式决议的可行性,因此是最要道的部门。奥本海默想我方兼任表面部主任。

关联词,在奥本海默商议好友拉比(Isidor Rabi,1898-1988)对曼哈顿盘算推算的想法时,拉比给了两个建议:不要穿部队制服;请贝特当表面部主任。奥本海默天然桀骜难驯,但却对拉比恭恭敬敬,言从计纳;何况他也知说念其时的贝特天然还很年青(35 岁),但照旧是核物理学限制的泰斗。贝特因此被邀请担任表面部主任。

曼哈顿盘算推算期间的贝特身份证相片,其 ID 编号为 K3。图片起头:Los Alamos National Laboratory

上任之后,贝特带领表面部的成员诡计了铀 235 的临界质地(使链式响应不错进行的最小质地)、着力、裂变增殖、爆炸的流体能源学、中子引发剂、爆炸的放射传播等要道问题。他还与表面组成员费曼一齐开发了诡计原枪弹爆炸当量的公式。[16]

在垂死的研发要道时刻,贝特起到了巩固军心的作用:泰勒通过诡计标明核爆炸会导致地球大气中的氮聚变为镁并开释出氦离子,开释弘大能量从而将大气肃清;贝特第一时辰就认定这个诡计是失实的。接着他通过严格的诡计证明了我方的判断,并指出泰勒的诡计基于一个失实的假定。贝特的诡计为奥本海默提供了有余的信心。(这亦然诺兰电影《奥本海默》中的桥段。)

由于曼哈顿盘算推算的责任,贝特在纯科学限制的推敲一度大幅度减少。1944 年,他似乎腾出了更多时辰,发表了一篇推敲电磁波圆孔衍射的论文 [17],对陈腐的衍射问题进行了新的深入推敲。这篇著述于今为止被援用 3700 屡次。

1945 年 7 月 16 日,曼哈顿盘算推算的参与者们实施了东说念主类历史上第一次核测验 ——“三位一体”(Trinity)测验,天下上第一颗原枪弹顺利爆炸。贝特带领的表面组为其顺利提供了至关迫切的孝敬。爆炸后测出的各式数据考证了表面部诡计甩手的准确性。

在曼哈顿盘算推算的实施经过中,表面部是悉数部门中破耗最少、声望最高的部门。动作表面部主任,贝特的作用不亚于统筹全局的奥本海默。事实也证明了拉比的目光:贝特不仅领有杰出的物理学才能,也有超卓的团队带领才气。不错说,贝特是曼哈顿盘算推算的灵魂东说念主物。

火车上的诡计:量子电能源学

二战扫尾后,蓝本行状于战时军工科技的科学家纷繁回到大学或推敲所。贝特回到康奈尔大学,陆续作念科研。此时的奥本海默已不作念推敲,贝特成为其时全好意思表面物理学的首长。贝特还把我方在参与曼哈顿盘算推算期间巩固的一些杰出的年青东说念主(如费曼)延揽到康奈尔大学,这里成为其时天下上表面物理的顶尖推敲中心之一。

此时通盘表面物理学的中枢是 QED。1947 年,兰姆(Willis Lamb,1913-2008)与雷瑟福(Robert Retherford,1912–1981)在实验室精确测出了氢原子的 2S1/2 和 2P1/2 这两个能级的能量差对应的频率为 1057 MHz,即“兰姆移位”(Lamb shift)。关联词,根据此前的表面,这两个能量应该是至极的。这意味着此前的表面必须被修正。

1947 年 6 月,有名的谢尔特岛会议在纽约谢尔特(Shelter)岛的一家宾馆召开,主题为“量子力学基础”(Foundations of Quantum Mechanics)。此次会议筹办的热门之一是兰姆移位的产祈望制。荷兰物理学家克莱默斯(Hans Kramers,1894-1952)提议“再行正规化”(重正化,renormalization)决议,但他无法进行定量诡计。

谢尔特岛会议再行激起贝特对 QED 的趣味趣味。贝特合计出现兰姆移位的原因是:电子开释出虚光子后,又将虚光子接管且归,这个经过产生了电子的“自能”。会议扫尾后,贝特坐火车前去位于纽约州东部的斯克内克塔迪(Schenectady)。

在火车上,贝特初始诡计,他领受非相对论近似(即假定电子低速迷惑,不辩论相对论效应),路径还未扫尾,他便完成了诡计。他算出的能级相反是 1040 MHz,与实验测出的 1057 MHz 至极接近。

贝特很快写好关系论文,并于 1947 年 8 月将其发表于《物理学驳斥》。这篇标题为《电磁能级移位》[18] 的论文惟有 3 页,只包含 12 个数学方程,但它影响深刻:它给出了处理无尽大并得到有限值的一个前例,为新的 QED 表面的发展打下了基础。

戴森(Freeman Dyson,1923-2020)亦然在这个时期来到康奈尔大学奴婢贝特读推敲生。贝特让戴森重叠他在电子方面的诡计,并给出一个低阶修正。戴森经过几个月的复杂诡计,发现得到的甩手和此前贝特得到的甩手莫得实质相反。不外,这几个月的训诫让本来莫得物理学布景的戴森练习了 QED。尔后,戴森在 QED 限制有所动作,敬佩了奥本海默,并因此于 1952 年被后者聘为普林斯顿高级推敲院的推敲员。[19]

氢弹的“助产士”

原枪弹顺利爆炸后,早在曼哈顿盘算推算期间就吵着要制造氢弹的泰勒要求陆续推敲氢弹。由于奥本海默等东说念主的浓烈反对,面貌一直无法上马。1949 年 8 月 29 日,苏联顺利引爆了原枪弹,核武备竞赛矜重开启。1950 年 1 月底,时任好意思国总统杜鲁门拍板,启动氢弹的研制。

核武备竞赛的启动与冷战的升级让一初始反对研制氢弹的贝特担忧两边力量失衡,因此转而插足氢弹的研制之中。

1951 年 5 月 9 日,泰勒团队研制的天下上第一颗氢弹被顺利引爆,其威力相称于广岛原枪弹的 10 倍。1952 年 11 月 1 日,第二颗氢弹被引爆,其威力相称于广岛原枪弹的 450 倍。

许多东说念主称泰勒为氢弹之父,另外一些东说念主合计乌拉姆(Stanisław Ulam,1909-1984)才是氢弹之父。贝特合计,乌拉姆为氢弹之父,泰勒是氢弹之母,而他我方是助产士。

贝特说我方对氢弹项指标孝敬微不及说念:“我作念得至极少。我合计我的主要孝敬是:我在一次会议上说 1 英寸是 2.54 厘米,而不是 2.5 厘米。[此前] 工程师们被 2.5 敛迹住了,是以厘米尺寸和英寸尺寸永恒不一致。是以,我搞定了这个问题。”[20]

这个说法显著是自谦,同期是借机捉弄浅薄使用的英寸制被用于科学技巧推敲。事实上,据戴森回忆 [19],贝专有大致 8 个月时辰没出当今康奈尔大学,行程守秘。而氢弹顺利爆炸后,贝特重回校园。显著这 8 个月,贝特在面貌组内进行大批诡计责任。

氢弹爆炸后,泰勒意图陆续制造更多更强的氢弹,与苏联进行核竞赛。贝特的想法相悖,他但愿好意思苏两国不错谈判,已毕核裁军,幸免东说念主类被核大战肃清。在奥本海默被进行安全审查时,贝特劝泰勒不要出席指控奥本海默(他的劝说莫得顺利)。同期,贝特顽强帮衬奥本海默,并在听证会上一度代表他。贝特说,天然奥本海默反对研制氢弹,但他的立场并未停止氢弹研制的进程。

老家重游:核物理与粒子物理学

从 50 年代到 70 年代,贝特将更多元气心灵插足到核物理与粒子物理学的推敲之中,对原子核、电子、介子、粒子对、韧致放射等宽敞课题进行深入推敲。

1951 年,贝特与萨尔皮德(Edwin Salpeter,1924-2008)和谐发表论文《敛迹态问题的相对论性方程》[21]。这篇论文推敲了由两个粒子组成的敛迹态系统,提议了有名的“贝特-萨尔皮德方程”(Bethe-Salpeter equation),其解为“贝特-萨尔皮德振幅”(Bethe-Salpeter amplitude)。

敛迹态系统在粒子物理学中浩瀚存在,如:由夸克与反夸克组成各式介子,由电子与正电子组成的敛迹态,由电子与空穴组成的敛迹态等。贝特与萨尔皮德给出了推敲这些敛迹系统的相对论性量子场论依次,对于尔后物理学家推敲此类系统有迫切风趣。

1954 年-1968 年,贝特第一作家或以独一作家发表的迫切论文包括《韧致 [放射] 与 [粒子] 对分娩表面. I. 微分截面》[22]、《核多体问题》[23]、《核物资的参考谱依次》[24]、《核物资的三体关系性》[25]、《核子的托马斯-费米表面》[26]。这些论文于今均稀有百次援用,其他论文更不堪摆列。贝特的发奋、高产与论文的高品性是惊东说念主的。

超新星推敲

1975 年,69 岁的贝特从康奈尔大学退休。1978 岁首始,贝特与布朗(Gerry Brown,1926-2013)和谐推敲“核塌缩型超新星”的机制,此类超新星由大质地恒星塌缩后爆炸而酿成。

在贝特进入超新星限制之前,这个限制的学者合计恒星塌缩后,中枢密度被压缩到原子核密度的 0.1 倍时,塌缩就会罢手。贝特很快证明:恒星内核被压缩到密度向上原子核密度后,塌缩才会罢手。[13]

贝特与其他学者的推敲还标明,核塌缩型超新星爆发后不久,里面产生的反弹激波就会被耗尽能量。1980 年,贝特推敲了中子星发出中微子的性质。1982 年,威尔逊(James Wilson,1922-2007)提议“中微子蔓延爆发”机制:中枢开释出的大批中微子与繁多的外层物资互相作用,将其中的一小部分能量传递给物资,将恒星炸开。尔后,贝特与威尔逊深入推敲了这个机制,他们于 1985 年发表的一篇论文 [27] 成为这个课题的经典之作。

1987 年 1 月,贝特与布朗决定松手超新星爆炸机制的推敲,因为这方面的推敲一直莫得不雅测方面的笔据。关联词,就在一个月后,东说念主类不雅测到大麦哲伦云(LMC)内一颗超新星爆发,即 SN 1987A。LMC 距离地球约 17 万光年,SN 1987A 爆发后,它发出的光在天际中穿行了约 17 万年,才到达地球。

超新星 SN 1987A 爆发后(左)与爆发前(右)的图像。图片起头:见图下方

这是一颗核塌缩型超新星,它发出的中微子被地球上的两个中微子探伤器探伤到,这径直维持了中微子蔓延爆发表面。这颗超新星再行激励起贝特对超新星爆炸机制的推敲矜恤,他在尔后推敲了超新星爆炸时的对流与快速核合成经过。

1990 年,84 岁的贝特写了一篇长篇综述 [28],追忆核塌缩型超新星爆发的推敲。这篇综述在很长一段时辰齐是这方面的巨擘综述。老迈的贝特仍笔耕不辍,他与布朗在超新星方面的和谐一直捏续到 1995 年。

在推敲超新星爆发机制的经过中,贝特粗拙使用 1051 尔格(等于 1044 焦耳)动作能量单元。自后推敲超新星的学者粗拙将这个量称为“1 贝特”,简称 1 B。这个量也被缩写为“foe”。

丝袜xxx双星并合与引力波

1996 年,在贝特与布朗考察加州理工学院时,索恩(Kip Thorne,1940-)寻求他们的匡助。其时索恩正在为制造激光插手引力波天文台(Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory,LIGO)而欢快。LIGO 不错探伤的引力波主要来自双黑洞并合、双中子星并合、黑洞-中子星合并等经过。

索恩但愿贝特与布朗诡计 LIGO 每年可探伤到些许黑洞-中子星并合产生的引力波事件。二东说念主诡计了中子星-黑洞并合与双中子星并合事件的发生率 [29],并指出:LIGO 每个月不错发现几例由双细密星并合导致的引力波,而不是此前别东说念主预见的每年两三例。[13]

贝特、布朗以及贝特的助手还推敲了中子星-白矮星并合等新类型。此外,他还与和谐者推敲了波及 X 射线与伽玛射线暴的黑洞系统以及具有共同包层的双星系统(双星过于接近,导致双星的外层物资包裹着双星,如同花生壳裹开花生)等课题。

2015 岁首始,升级后的 LIGO 先后探伤到双黑洞并合与双中子星并合产生的引力波,并很可能探伤到黑洞与中子星并合发出的引力波。

20 世纪最强解题专家

由于贝特在 pp 链与 CNO 轮回的深入推敲有劲鞭策了东说念主类对恒星能源的交融,他从 1943 岁首始就被提名为诺贝尔物理学奖得主,并在 1967 年获奖。从 1943 到 1967 年这 25 年时辰内,他有 19 年被提名。在他获奖的音讯传开后的几个月内,他家的电话成为热线电话,以至有同姓的生分东说念主写信给他,说是他的亲戚,苦求共享诺贝尔奖的部分奖金。[13]

除诺贝尔物理学奖除外,贝特还先后获取亨利・德雷珀奖章(Henry Draper Medal,1947;编者注:对于德雷珀可参见《他是又名医师,却更正了天文体》)、普朗克奖章(Max Planck Medal,1955)、富兰克林奖章(Franklin Medal,1959)、爱丁顿奖章(Eddington Medal,1961)、费米奖(Enrico Fermi Award,1961)、拉姆福德奖(Rumford Prize,1963)、好意思国国度科学奖章(National Medal of Science,1975),奥兹特德奖章(Oersted Medal,1993),布鲁斯奖章(Bruce Medal,2001)等迫切奖项。看来负责颁发爱丁顿奖章的英国皇家天文体会并未介怀他曩昔的那篇开顽笑著述对爱丁顿等东说念主的隐射。

为了暗意对贝特的尊崇以及奖励那些在天体物理学、核物理与核天体物理等限制作念出杰出确立的学者,好意思国物理学会斥地了贝特奖。贝特奖从 1998 岁首始颁发。

2003 年,97 岁乐龄的贝特应《天文与天体物理学年鉴》(Annual Review of Astronomy & Astrophysics)的邀请,在犬子亨利・贝特(Henry George Bethe,1944-2015)的协助下,撰写并发表了《我的天体物理学生计》(My Life in Astrophysics)[13],追忆了我方在天体物理学上的探索历程。

《我的天体物理学生计》上的贝特相片与下方的签名。图片起头:Bethe, H. A. My Life in Astrophysics, 2003, ARA&A, 41, 1

2005 年 3 月 6 日,贝特死灭,享年 98 岁(未到 99 岁诞辰)。他的浑家于 2019 年 12 月 24 日死灭,享年 102 岁。

2012 年,哈佛大学出书社出书了施韦伯(Silvan S. Schweber)撰写的贝特列传《核力:物理学家汉斯・贝特真的立》(Nuclear Forces: The Making of the Physicist Hans Bethe)。[6] 此书主标题“Nuclear Forces”是一个秘要的双关语,既指原子核之间的“核力”(使原子核不明散的力),也指核火器的力量。这个双关语指向了贝特的两个迫切身份:核物理学推敲限制的泰斗,原枪弹制造经过中的主角之一。

贝特列传 Nuclear Forces The Making of the Physicist Hans Bethe 的封面。图片起头:Harvard University Press

贝特的孝敬天然远远不限于原枪弹与核物理。在他捏续 70 多年的科学生计中,他对量子力学、固体物理学、核物理、天体物理学、量子电能源学与粒子物理学等多个限制齐作念出杰出孝敬,何况每 10 年就有至少一个迫切甩手;在巅峰阶段,其迫切甩手更密集。

耐久处于巅峰情景且确立斐然的科学家三三两两,贝特是其中之一。戴森说他是“20 世纪最强问题搞定者”(supreme problem-solver of the 20th century)[30],绝非过誉。

参考文件

[1] Bethe, Albrecht. The Virtual Laboratory (https://vlp.mpiwg-berlin.mpg.de/people/data?id=per362)

[2] Stahnisch, FW (2016). "From 'Nerve Fiber Regeneration' to 'Functional Changes' in the Human Brain-On the Paradigm-Shifting Work of the Experimental Physiologist Albrecht Bethe (1872-1954) in Frankfurt am Main". Front Syst Neurosci. 10: 6. (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4766753/)

[3]Bethe, H. Zur Theorie des Durchgangs schneller Korpuskularstrahlen durch Materie, 1930, AnP, 397, 325

[4] Bethe, H. A. Bremsformel für Elektronen relativistischer Geschwindigkeit, 1932, ZPhy, 76, 293

[5]Corlin, A., Stein, J. S., Beck, G., & Bethe, H. & Riezler, W. Zuschriften, 1931, NW, 19, 37

[6]Schweber, Silvan S. (2012). Nuclear Forces: The Making of the Physicist Hans Bethe. Cambridge, Massachusetts: Harvard University Press. ISBN 978-0-674-06587-1.

[7] Bethe, H. A. Zur Theorie der Metalle. I. Eigenwerte und Eigenfunktionen der linearen Atomkette, ZPhy. 71 (3–4): 205

[8]Bethe, H. A. & Fermi, E. Über die Wechselwirkung von zwei Elektronen, 1932, ZPhy, 77, 296

[9]Bethe, H. & Heitler, W. On the Stopping of Fast Particles and on the Creation of Positive Electrons, 1934, RSPSA, 146, 83

[10] Bethe, H. A. & Bacher, R. F. Nuclear Radius and Many-Body Problem, 1936, PhRv, 50, 977

[11] Bethe, H. A. Nuclear Physics B. Nuclear Dynamics, Theoretical,  1937, RvMP, 9, 69

[12] Livingston, M. S.; Bethe, H. A. Nuclear Physics C. Nuclear Dynamics, Experimental, 1937, RvMP, 9, 245

[13] Bethe, H. A. My Life in Astrophysics, 2003, ARA&A, 41, 1

[14] Bethe, H. A. & Critchfield, C. L. The Formation of Deuterons by Proton Combination, 1938, PhRv, 54, 248

[15] Bethe, H. A. Energy Production in Stars, 1939, PhRv, 55, 434

[16]Hoddeson, Lillian; Henriksen, Paul W.; Meade, Roger A.; Westfall, Catherine L. (1993). Critical Assembly: A Technical History of Los Alamos During the Oppenheimer Years, 1943–1945. New York: Cambridge University Press. ISBN 0-521-44132-3. OCLC 26764320.

[17]Bethe, H. A. Theory of Diffraction by Small Holes, 1944, PhRv, 66, 163

[18] Bethe, H. A. The Electromagnetic Shift of Energy Levels, 1947, PhRv, 72, 339

[19] Freeman Dyson, Disturbing the Universe. Harper & Row. 1979. ISBN 978-0-06-011108-3.

[20]Manhattan Project Spotlight: Hans and Rose Bethe (https://ahf.nuclearmuseum.org/manhattan-project-spotlight-hans-and-rose-bethe/)

[21] Salpeter, E. E. & Bethe, H. A., A Relativistic Equation for Bound-State Problems, 1951, PhRv, 84, 1232

[22]Bethe, H. A., & Maximon, L. C. Theory of Bremsstrahlung and Pair Production. I. Differential Cross Section, 1954, PhRv, 93, 768

[23]Bethe, H. A. Nuclear Many-Body Problem, 1956, PhRv, 103, 1353

[24]Bethe, H. A., Brandow, B. H., & Petschek, A. G. Reference Spectrum Method for Nuclear Matter, 1963, PhRv, 129, 225

[25]Bethe, H. A. Three-Body Correlations in Nuclear Matter, 1965, PhRv, 138, 804

[26]Bethe, H. A.  Thomas-Fermi Theory of Nuclei, 1968, PhRv, 167, 879

[27]Bethe, H. A. & Wilson, J. R.  Revival of a stalled supernova shock by neutrino heating, 1985, ApJ, 295, 14

[28]Bethe, H. A. Supernova mechanisms, 1990, RvMP, 62, 801

[29] Bethe, H. A. & Brown, G. E. Evolution of Binary Compact Objects That Merge, 1998, ApJ, 506, 780

[30]Wark, David, The Supreme Problem Solver, Nature, 445, 7124, 149

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