Нобелевские лауреаты: Герхард Херцберг

От нейтрона до космоса

Канадский физик Герхард Херцберг

NRC Digital Repository/Kaerina Kon/Getty Images/Indicator.Ru

Как из тихого еврейского мальчика — будущего музыканта стать любителем астрономии и химии, как в 24 года предсказать существование нейтрона и помочь получить Нобелевскую премию, как открыть воду на комете и снять спектры органических радикалов, рассказывает очередной выпуск рубрики «Как получить Нобелевку».

Герхард Херцберг

Родился: 25 декабря 1904 года, Гамбург, Германия.

Умер: 3 марта 1999 года, Оттава, Канада.

Нобелевская премия по химии 1971 года (единолично). Формулировка Нобелевского комитета: «За его вклад в понимание электронной структуры и строения молекул, особенно свободных радикалов (for his contributions to the knowledge of electronic structure and geometry of molecules, particularly free radicals)».

Семья нашего героя решила пройти по пути быстрого достижения нужного количества детей, муж был старше жены на 13 лет. Когда Альбин Херцберг и Элла Бибер поженились, ему было 30, ей — 17. В январе 1904 году родился первенец — Вальтер, а уже в декабре родился Герхард. Он был крещен в следующем году как Герхард Гейнрих Фридрих Отто Юлиус Херцберг.

Его семья относилась к типичному среднему классу. Отец проследил свою генеалогию до 1573 года, копаясь в записях двух лютеранских церквей города Лангензальца (сейчас — Бад-Лангензальца) в Тюрингии. Именно там 11 поколений Херцбергов жили на протяжении 400 лет.

Альбин работал помощником менеджера в одной из гамбургских фирм. И он был озабочен тем, чтобы оба его сына получили лучшее образование, какое только возможно. И более продвинутое, чем обычно было принято в семьях Херцбергов или Биберов. Как классическая еврейская мама (пусть и христианка), Элла хотела, чтобы дети занимались музыкой. Уолтеру — фортепиано, Герхарду — скрипку.

Однако когда мальчикам было по десять и одиннадцать лет, отец умер. А потом — что бы ни хотели родители, природа возьмет свое. Но уже в этом возрасте у Герхарда развился интерес к науке. По совету учителей в начальной школе он выбрал обучение в реальной школе Йоханнеум (мы помним, что реальная — это с естественнонаучным уклоном). А благодаря прекрасным результатам он еще и добился стипендии на все девять лет обучения. И именно там у него развился интерес уже к конкретным естественным наукам.

Сначала — к астрономии. Он сам построил телескоп и постоянно наблюдал за астрономическими объектами. Любовь к космосу стала путеводной звездой — и кто бы тогда знал, что работы Герхарда позволят узнать о том, как устроен далекий космос, больше, чем работы очень многих «настоящих» астрономов, астрономов-наблюдателей. Впрочем, все остальное Герхард тоже любил — от математики и физики до Канта и Шиллера и латыни с французским и испанским.

Особенно привлекали Герхарда ежеутренние (они проводились в семь утра) стимулирующие занятия по современному состоянию науки. И особенно поразили его занятия по теории атома Бора и изучение спектров различных газов. Именно тогда Герхард узнал, что спектр излучения образуется, когда электроны в атомах возвращаются с более высоких орбит на низкие. Он запомнил это на всю жизнь.

Затем последовал Дармштадтский технологический институт, а потом — работа в Геттингене (с Максом Борном и Джеймсом Франком) и в Бристоле.

Наступил 1929 год. Херцбергу 24 года. У него уже 20 статей, и по совету своего научного руководителя Ханса Рау он уже начал изучать молекулярные спектры. Его первые три статьи были посвящены спектру молекулярного водорода, в одной из них он получил максимально полный бальмеровский спектр до предела ионизации. Кроме того, он предсказал существование иона H3+ — иона, который он сам откроет только через 50 лет.

Тут нужно рассказать, что молекулярные спектры сильно отличаются от атомных. Если в атомах спектры достаточно просты, то в молекулах добавляются различные движения атомов друг относительно друга: колебания, вращения, изгибы связей.

Ученый продолжил молекулой азота и его молекулярного иона. И тут началось неожиданное. Вместе со своим коллегой Вернером Гейтлером, изучая эти спектры, он сумел показать, что одних протонов и электронов не хватит, чтобы объяснить эти спектры, и не хватит, чтобы «построить» из них атомы, из которых соберутся эти молекулы. Годом позже Джеймс Чедвик открыл нейтрон. Еще через пять лет он получил за это Нобелевскую премию по физике — без Херцберга. Зато Херцберг понял, что молекулярная спектроскопия — дело всей его жизни.

В Германии физик успел открыть линейный спектр двухатомного кислорода, ныне называемый полосами Херцберга, который имеет большое значение для исследований верхних слоев атмосферы.

Увы, такое блестящее начало было прервано приходом к власти нацистов. В 1935 году Херцберг покинул родину и оказался профессором Саскачеванского университета в Канаде, правда, на странных правах. Все же гражданин государства — сначала вероятного, а потом и реального противника. Поэтому ученого поначалу не допускали к серьезным (читай — военным) исследованиям. Но в победный год он стал гражданином Канады. И продолжал изучать молекулярные спектры. Правда, уже в США — в Йеркской астрономической обсерватории Университета Чикаго, где он со студентами основал знаменитую теперь лабораторию по изучению молекулярных спектров космических объектов. Водород в атмосферах планет-гигантов, вода на кометах — это его достижения.

Ну а затем Херцберг вернулся в Канаду и занялся еще более интересными вещами. В то время появилась технология импульсного фотолиза, разработанная Рональдом Норришем и его студентом Джорджем Портером (Нобелевская премия по химии 1967 года). Она позволяла мгновенно разложить на радикалы вещество и сразу же вторым импульсом снять их спектр.

Используя эту технику, Херцберг сумел снять спектры и установить пространственную структуру сначала метила — ключевого радикала в органической химии (1956 год), а затем и бирадикала, метилена (1959-й).

Нобелевскую премию Херцбергу дали «по совокупности». Представляя лауреата, Стиг Классон из Шведской королевской академии наук сказал: «Молекулярная спектроскопия прогрессировала так быстро, что появилась возможность начать изучение гораздо более сложных систем, которые во многом определили дальнейшее развитие химии. Это блестяще было продемонстрировано в новаторских исследованиях Херцберга со свободными радикалами. Знание их свойств имеет фундаментальную значимость для понимания того, как происходят химические процессы».

Ну а сейчас химики-органики и астрохимики продолжают дело 95-летней жизни Херцберга — каждый год открываются новые молекулы в межзвездном пространстве, каждый год, используя молекулярные спектры, химики раскрывают все новые и новые тайны строения вещества.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

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