01
А
Астрономия
02
Б
Биология
03
Г
Гуманитарные науки
04
М
Математика и CS
05
Мд
Медицина
06
Нз
Науки о Земле
07
С
Сельское хозяйство
08
Т
Технические науки
09
Ф
Физика
10
Х
Химия и науки о материалах
Химия и науки о материалах
3 февраля
Нобелевские лауреаты: Гарольд Клейтон Юри

От школы амишей до лунного грунта

Американский физик и физикохимик Гарольд Клейтон Юри
Nobel Foundation/Wikimedia Commons/Indicator.Ru

О том, как сын священника добрался до Луны, об открытии дейтерия и об американском атомном проекте рассказывает наш очередной выпуск рубрики «Как получить Нобелевку».

Гарольд Клейтон Юри

Родился: 29 апреля 1893, Уокертон, Индиана, США

Умер: 5 января 1981, Ла-Холья, Сан-Диего, Калифорния, США

Нобелевская премия по химии 1934 года. Формулировка Нобелевского комитета: «За открытие тяжелого водорода» (дейтерия, используемого для получения тяжелой воды — замедлителя в ядерных реакторах, а также в качестве индикатора биохимических реакций в живой ткани).

Наш нынешний герой неординарен даже по меркам нобелевских лауреатов. Во-первых, к нему применимы некоторые истории, вымышленные или реальные, о более известных ученых. Например, Юри тоже очень плохо учился в школе, как часто совершенно несправедливо пишут об Эйнштейне. И он, как Резерфорд, в первую очередь был физиком (и даже ядерщиком), но премию получил по химии. Во-вторых, он прожил достаточно долгую жизнь (88 лет) и проявил достаточное упорство, чтобы пройти карьеру от сельского учителя до работы в атомном проекте, от бакалавриата по зоологии до открытия дейтерия и изучения лунного грунта. Но обо всем по порядку.

Af38482f214cc006960ccf72318033845c07f088
Панорама Уокертона
Wikimedia Commons

Юри родился в небольшом городке Уокертоне в Индиане. Даже сейчас этот населенный пункт, названный в честь управляющего железной дорогой Джонни Уокера (да-да, не только на виски), недавно справивший свое стопятидесятилетие, сложно назвать большим: в 2010 году в нем жило 2144 человека. Что уж говорить о 1893 годе?

Его отец, Сэмуэль Клейтон Юри, был священником в баптистской Церкви братьев и школьным учителем, его мать, Кора Ребекка Юри, занималась домом и детьми (кроме Гарольда, были младшие дети, Кларенс и Марта). В 1899 году отец Юри умер от туберкулеза, мать вышла замуж во второй раз, снова за священника.

Юри до 14 лет учился в школе амишей — достаточно странного религиозного сообщества в США (они и сейчас существуют, сочетаясь браками только с единоверцами, отказываясь от достижений цивилизации и проводя богослужения на дому). Как мы уже сказали, учиться ему было трудно. То ли из-за специфики амишей, то ли еще из-за чего. То, что в США называется высшей школой, Юри оканчивал уже в Кендалвилле, и, получив в 1911 году аттестат о среднем образовании, еще немножко поучился и получил сертификат сельского учителя, которым и проработал три года. А в 1914 году Юри все-таки поступил в университет. Университет штата Монтана. Три года спустя, в 1917-м, он получил диплом бакалавра в области зоологии. В том самом году, когда США вступили в Первую мировую войну. Тогда Юри пошел на химическое производство — в Barrett Chemical Company (сейчас то, во что превратилась эта фирма путем слияний и поглощений, называется Honeywell). Так что научная деятельность нашего героя началась с военного госзаказа: он участвовал в производстве тротила химиком-технологом.

496eb3463f63ec8d4bdc89dca930bd04771035b0
Молодой специалист Гарольд Юри
Wikimedia Commons

После войны Юри вернулся в родной университет инструктором-химиком и, видимо, работал в Монтане без особого энтузиазма. Но вот академическая карьера потребовала степени PhD. И тут уже Юри пошел в университет статусом повыше, в Калифорнийский университет в Беркли, где начал изучать термодинамику под руководством выдающегося физхимика Гилберта Льюиса, автора концепции ковалентной связи, кислот и оснований Льюиса и номинированного на Нобелевскую премию 41 раз, но так и не получившего абсолютно заслуженной награды. В 1946 году Льюиса найдут в его лаборатории, заполненной парами циановодорода… Многие будут говорить, что это самоубийство.

70df5df69280b41ba60446c2c24e65f83a09d338
Гилберт Льюис
Wikimedia Commons

Впрочем, мы отвлеклись. Пока что на дворе 1921 год, Льюису жить еще четверть века, а Юри только начинает исследовательскую деятельность, хотя для начала работы над PhD 28 лет — это, конечно, поздновато. А тут еще случилась незадача: пока наш герой преодолевал трудности, возникшие в работе над первоначальной темой диссертации (ионизация паров цезия), некий физик из Индии опубликовал статью на ту же тему. Пришлось начинать все заново, и Юри сделал работу по состояниям ионизации идеального газа. Статью приняли в Astrophysical Journal (хороший намек на космическое будущее Юри).

Итак, в 30 лет он наконец PhD и лауреат Американо-Скандинавской стипендии, которая позволила отправиться в Копенгаген на стажировку. К Нильсу Бору, в лаборатории которого Юри встретил таких выдающихся людей, как Вольфганг Паули и Дьердь Хевеши (о них мы еще расскажем), Вернер Гейзенберг, автор электронной теории строения атомов Джон Слейтер, верный соавтор Бора Хендрик Крамерс… Позже в Германии состоялись встречи с Альбертом Эйнштейном и Джеймсом Франком. Неплохо для человека, который еще десять лет назад был сельским учителем!

Естественно, по возвращении в США котировки Юри заметно выросли. Он получил сразу два предложения от очень статусных университетов: Джонса Хопкинса и Гарварда. Выбрал первое, но вступил в должность не сразу: сначала поехал в Сиэттл к матери. По дороге заехал к знакомой, знакомая представила его сестре, и закрутилось: у пары Гарольда Юри и Фриды Даум родилось четверо детей. Не сразу, конечно.

В Университете Джонса Хопкинса Юри начал делать очень важную вещь. Дело в том, что в то время практически вся современная квантовая физика была написана на немецком. Эйнштейн, Шредингер, Планк, Гейзенберг… И Юри с Артуром Руарком написали едва ли не первый капитальный труд по квантовой механике на английском языке — Atoms, Quanta and Molecules.

В 1929 году Юри перешел в Колумбийский университет в Нью-Йорке, где и было сделано открытие, за которое его через пять лет удостоят Нобелевской премии. Конечно, о существовании изотопов было известно: Фредерик Содди в 1921 году уже успел получить за них Нобелевскую премию.

Примерно в то же время, как Юри переехал в Нью-Йорк, были открыты изотопы кислорода. Исходя из того, что атомный вес кислорода ровно в 16 раз больше атомного веса водорода, а обычные спектрометрические и масс-спектрометрические данные давали разные соотношения, Юри предположил, что и у водорода есть более тяжелый изотоп. Поиски начались в 1931 году.

Юри рассчитал, что тяжелый водород должен иметь красное смещение в бальмеровской линии спектра от 0,1 до 0,18 нанометра. На том спектрографе, который был в распоряжении ученого, разница в линиях спектра обычного и тяжелого водорода должна была быть около 1 миллиметра. Это уже можно было различить, однако по расчетам выходило, что на 1 атом тяжелого изотопа водорода, должно приходиться около 4500 атомов легкого. Линия была, но очень слабая. И Юри не стал делать никакую «предварительную» публикацию, а решил поискать способ более надежного доказательства.

Вместе с Джорджем Мозли Мерфи Юри расчитал, что у тяжелого водорода будет чуть более высокая температура кипения. По всему выходило, что постепенно «упаривая» пять литров жидкого водорода, можно будет получить миллилитр образца, в котором тяжелого изотопа будет на два порядка больше.

Со второй попытки это удалось — дейтерий был открыт. Статья в PhysRev вышла в 1932 году под авторством Юри, Мерфи и знакомца Юри по Джонсу Хопкинсу Фердинанда Брикведде, который и сделал тот самый миллилитр обогащенного дейтерием водорода в криогенной лаборатории Национального бюро стандартов в Вашингтоне.

Ae962654095040c3df7abdab67a080aa6501464f
Фердинанд Брикведде с женой Марион
Wikimedia Commons

Впрочем, статья-статьей (кстати, в том же году Джеймс Чедвик открыл нейтрон, который прекрасно объяснял строение тяжелого изотопа: один протон, один нейтрон и один электрон, массой которого можно пренебречь), а «Нобелевка» досталась одному Юри. Впрочем, нельзя сказать, что незаслуженно.

Забавно, но на церемонию в Стокгольм Юри не поехал: Юри решил, что рождение дочери — более важное событие, чем вручение Нобелевской премии.

Итак, начав с PhD в 30 лет, в 41 наш герой уже был Нобелевским лауреатом. Впереди была долгая и насыщенная жизнь. До войны он тихо и мирно занимался своим дейтерием, изотопами, боролся за демократию в университетах, редактировал основанный им Journal of Chemical Physics, выступал против нацизма, принимал сбежавших от Гитлера ученых (в том числе Энрико Ферми, рассказ о котором впереди).

54f83673d7b510fbc1c898810f69ac118af31948
Энрико Ферми
Wikimedia Commons

Но началась война. И стартовал Манхэттенский проект. Кто у нас главный эксперт по разделению изотопов? Правильно, Юри. Что у нас замедляет нейтроны? Правильно, тяжелая вода. Вперед, трудиться на благо атомной бомбы и ядерного реактора. Именно он координировал разделение урана центрифугированием его гексафторида в газовой фазе, именно он занимался производством тяжелой воды. Так что нобелевский лауреат стал ключевой фигурой в американской ядерной программе, именно в контексте технической реализации получения нужных для бомбы и реактора веществ.

В феврале 1945 года Юри понял, что с него хватит. Сил совсем не осталось, а работа была налажена, и он покинул проект, передав дела Джону Даннингу. И отправился в космос. По крайней мере, мысленно. Фактически наш герой стал одним из основателей космохимии (собственно говоря, сам термин он и придумал). Впрочем, Юри не стал заниматься нуклеосинтезом (происхождением элементов в звездах), а занялся химией планет.

B8866a8c5027830d6ec48b303ef091e6ce2151b2
Стэнли Миллер в 1990-х
Wikimedia Commons

Так, в 1953 году Гарольд Юри вместе со своим аспирантом Стэнли Миллером провел знаменитый эксперимент, в котором они смоделировали химические условия на ранней Земле: в смесь из метана, монооксида углерода, водорода и аммиака попадал водяной пар, подавался электрический разряд (молнии), и получались аминокислоты, углеводы и другие органические вещества. Именно так могла возникнуть жизнь на Земле.

1e2cbb3f70476c631925a4b1ba7ce905ec1f28b5
Схема эксперимента Юри — Миллера
Wikimedia Commons

Юри повезло: он дождался полетов в космос и даже доставки лунного грунта на Землю. Именно Юри занимался изучением этого грунта, будучи уже в Калифорнийском университете в Сан-Диего. Изучая изотопный состав грунта, он смог показать, что Луна и Земля имеют общее происхождение.

1ce8ddc707fdbd2175e6a0597fdeb73a8547fed9
Харрисон Шмитт
Wikimedia Commons

Кстати, астронавт Харрисон Шмитт, единственный профессиональный ученый, побывавший на Луне, рассказывал, что Юри хотел быть добровольцем для лунной миссии «в один конец». «Я полечу, и мне плевать, если я не вернусь», — говорил лунному геологу земной физик.

7f6a96b10a7af1fb98011562c1b8e9b343d4f078
Юри в конце жизни
Wikimedia Commons

И еще одна удивительная вещь: в конце жизни, после 65 лет, Юри проявил потрясающую публикационную активность, самостоятельно опубликовав более 100 работ, из них 47 о химии Луны.

Когда перед самой смертью этого любителя орхидей и знатного садовода спросили, как у него получается так активно публиковаться и работать «в стиле хард», он ответил: «Ну вы же знаете, что я уже не на должности!

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram, Одноклассники.

Комментарии

Все комментарии
САМОЕ ЧИТАЕМОЕ
Обсуждаемое