Ларс Онсагер

1968 г. лауреатом Нобелевской премии по химии стал "норвежский американец" Ларе Онсагер - один из основателей термодинамики необратимых процессов. Работы его столь обширны и многообразны, что Нобелевскому комитету пришлось долго "ломать голову", за какой вклад и в области какой науки присуждать премию. Решение было оглашено 10 декабря: "Награждается золотой медалью, дипломом и премией Нобеля по химии за открытие соотношений взаимности в необратимых процессах, названных его именем, которые имеют принципиально важное значение для термодинамики необратимых процессов". Ларс Онсагер (Онзагер) родился 27 ноября 1903 г. в Осло в семье чиновника. В возрасте 17 лет он поступил в Высшую техническую школу Тронхейма, в 1925 г. получил диплом инженера-химика и в конце того же года приехал учиться в Швейцарию. Здесь, в Цюрихском университете, фортуна впервые улыбнулась ему: он попадает в лабораторию П. Дебая - уже известного в ту пору физика и химика, ставшего нобелевским лауреатом в 1936 г. В 1928 г. для углубления своих знаний по химии Онсагер эмигрирует в США и поступает ассистентом в университет Джона Хопкинса, где становится членом Химического общества- Работа шла успешно, и можно было рассчитывать на более длительную задержку в университете, но этого не случилось. В том же году Онсагер получил приглашение от электрохимика К. А. Крауса и переехал на 5 лет в Броуновский университет в качестве руководителя исследовательского отделения. В 1933 г. его уже можно было видеть в лабораториях Йельского университета (штат Конниктекут, США), где он через два года защищает докторскую диссертацию и становится профессором теоретической химии. Здесь Онсагеру посчастливилось попасть в самое "пекло" современной науки, что, конечно, отразилось на его дальнейшей деятельности.

Вечно загруженный работой и постоянно имеющий добрую дюжину оригинальных идей, Онсагер быстро добивался успехов в науке, приобретая все большую известность. Не случайно вплоть до 1954 г. (в течение 10 лет) он руководил кафедрой теоретической химии, которую много лет возглавлял один из основателей термодинамики и статистической физики Дж. У. Гиббс. За все это время в лабораториях университета было сделано множество больших и малых открытий, в каждом из которых Онсагер принимал самое непосредственное участие. Его научный арсенал полон разнообразных исследований от теории растворов электролитов вплоть до теории квантовых жидкостей. Природные дарования, которые Ларс еще в юношестве так старательно тренировал, развились в редкое сочетание научного предвидения со значительным математическим мастерством.

Первые научные статьи Онсагер а опубликованы в студенческие годы. Исследовательская деятельность отнимала у него так много времени, что он защищал диплом с опозданием на один год. Однако его работы явились значительным вкладом в теорию электропроводности сильных электролитов. Коллеги Онсагера рассказывают, что работу у Дебая он начал совсем не случайно. В 1923 г. Дебай и Хюккель выдвинули теорию сильных электролитов, которая, учитывая взаимодействие иона с окружающей его ионной сферой, дала возможность установить количественную связь между радиусом этой сферы и концентрацией электролита, определить скорость формирования ионной сферы при перемещении иона и решить ряд других вопросов. Еще в Тронхейме Онсагер установил, что теория Дебая неточна и если применима, то лишь к растворам с очень низкой концентрацией. Его глубоко взволновал тот факт, что П. Дебай допустил ошибку. Поэтому в возрасте 22 лет без предварительной договоренности Ларе отправился в Цюрих. Когда он вошел в кабинет Дебая, первыми его словами были: "Доброе утро, господин профессор. Ваша теория электропроводности совершенно ошибочна!". Дебай не был шокирован таким смелым звявлением молодого неизвестного иностранца. После знакомства он предложил стул, сигару и, убедившись в точности утверждений Ларса, пригласил его работать в своем институте. Уже через год сотрудничества с Дебаем Онсагер предложил уравнения, выражающие зависимость коэффициента проводимости, активности и некоторых других параметров электролита от изменения его концентрации. Теперь эти уравнения носят его имя и составляют основу теории электропроводности разбавленных растворов электролитов.

В 1926 г. Онсагер рассмотрел влияние межионных сил на вязкость растворов, в 1928 г. определил истинную степень диссоциации сильных электролитов. В 1932 г. совместно с Фуоссом он публикует свой обобщающий труд о необратимых процессах при электролизе растворов. В эти годы Онсагер выполнил теоретическое исследование эффекта Вина в растворах слабых электролитов и в соавторстве с Самарасом предложил уравнения для поверхностного натяжения электролитов. В 1936 г. он опубликовал очень важную работу, в которой развил молекулярную теорию диэлектрической проницаемости полярных жидкостей.

Онсагер прекрасно владеет математикой. Вершин математической виртуозности он достиг в работах по статистическому расчету модели упорядоченных систем (модели Изинга). В 1944 г. Онсагер смог выразить функции двумерных пространственных решеток ферромагнетиков в виде точных интегралов, которые через три года (в сотрудничестве с Б. Кауфман) были значительно упрощены с помощью теории спиноров.

С особой страстью и вдохновением работал Онсагер в области неравновесной термодинамики. В 1931 г. в двух знаменитых работах он сформулировал одну из основных теорем линейной неравновесной термодинамики: коэффициенты L_ik феноменологических уравнений, связывающих термодинамические потоки (т. е. необратимые процессы) с термодинамическими силами, подчиняются соотношению взаимности L_ik= L_ki дальнейшем эта теорема была уточнена Казимиром и рядом других исследователей. Теорема Онсагера позволила предсказать и изучить целый ряд ранее неизвестных неравновесных процессов. Она широко применяется в физике, химии и биологии.

Известны работы Онсагера в области термодиффузии (1939), изучения растворов табака (1948), объяснения эффекта Гааз-ван-Алфена (1952), проблем динамики квантовых жидкостей, отличающиеся глубокой физической интуицией и проницательностью.

Лекции Онсагера, которые он вот уже 40 лет читает в Йельском университете, трудны для начинающих. Первое время он никак не мог найти контакт со студентами, которые в шутку называли его лекции по статистической механике "норвежским орешком". Однако педагогические способности взяли верх, и студенты полюбили своего учителя.

Характеристика Онсагера была бы не полной, если не упомянуть о его человеческих качествах. Лучше всего эти качества описал его ученик и друг Самарас: "В нашем познании мира мы всегда испытывали поддержку и черпали энергию из каждой его фразы... Я никогда не слышал, чтобы Ларе плохо высказывался о ком-либо другом. Вспоминается популярное среди нас выражение его жены о том, что с "Онсагером бесполезно спорить - он никогда не возражает"... Подкупающая улыбка и ободряющий юмор - постоянные его спутники..."

27 марта 1953 г. в Бостоне Американская Академия искусств и наук по случаю 200-летия графа Румфорда наградила Ларса Онсагера золотой и серебряной медалями. Через 15 лет - премия Нобеля..."Пока есть силы - надо жить, а жить для ученого - значит работать".

ЛИТЕРАТУРА

1. J. G. Kirkwood. Proc. Am. Acad. Arts Sei., 82, 298 (1954).
2. Labor und Betrieb, 19, 529 (1968).
3. S. R. Groot. Chem. Weekbl., 64, 11 (1968).
4. Д. А. Франк-Каменецкий. Природа, № 5, 107 (1969).
5. Я. М. Гельфер. В кн.: История и методология термодинамики и статистической физики. Т. 1. М, "Высшая школа", 1969, с. 293.
6. S. R. Groot. Nederl. tijdschr. natuur., 35, 4 (1969).
7. J. Meixner. Phys. Bl., 25, 65 (1969)
8. N. J. V. Tyrrell. Phys. Educ., 4, 90 (1969).

B. M. ТЮТЮННИК