Русская Википедия:Шварцшильд, Карл
Шаблон:Однофамильцы Шаблон:Учёный
Карл Шва́рцшильд (Шаблон:Lang-de; Шаблон:ВД-Преамбула) — немецкий Шаблон:Астроном и Шаблон:Физик, директор Астрофизической обсерватории в Потсдаме (1909—1914), академик Прусской академии наук (1912). Отец германо-американского астрофизика Мартина Шварцшильда.
Шварцшильд, одна из ключевых фигур начального этапа развития теоретической астрофизики, отличался широтой научных интересов — оставил заметный след в фотографической фотометрии, теории звёздных атмосфер, общей теории относительности и старой квантовой механике. Его именем, помимо всего прочего, названо открытое им первое и до сих пор наиболее важное точное решение уравнений Эйнштейна, предсказывающее существование чёрных дыр — решение Шварцшильда.
Биография
Карл Шварцшильд, родившийся во Франкфурте-на-Майне в еврейской семье (отец: Мозес Мартин Шварцшильд, мать: Генриетта Сабел), был старшим из шести детей[1]. Его сестра Клара (1887—1946) в 1907 году стала женой астрофизика Роберта Эмдена[2]. В окружении, где рос Шварцшильд, поощрялось многостороннее образование с упором на музыку и искусства; Карл был первым в семье, проявившим интерес к естественным наукам[1]. Посещал до 11-летнего возраста еврейскую начальную школу, затем Государственную гимназию им. Лессинга во Франкфурте, с этого времени проявлял интерес к астрономии, собирал карманные деньги для покупки линз и сооружения телескопа[1]. Этот интерес поощрялся другом его отца, профессором Эпштейном, владевшим собственной любительской обсерваторией[1]. Карл подружился с его сыном, Шаблон:Нп5, в будущем известным математиком[1]. Уже в возрасте 16 лет, будучи гимназистом, Шварцшильд опубликовал две небольшие статьи[3] об определении орбит планет и двойных звёзд[1]. Получив аттестат зрелости с отличием, в 1891—1893 годах изучал астрономию в Страсбургском университете[1].
Затем в 1893 году Карл перешёл в Мюнхенский университет и окончил его в 1896 году с большим отличием (summa cum laude), получив учёную степень доктора (тема диссертации: «К теории Пуанкаре фигур равновесия во вращающихся однородных жидких массах»[4], научный руководитель — Хуго фон Зеелигер)[1].
С октября 1896 года Шварцшильд работал 2 года ассистентом в Шаблон:Нп5 в Вене[1]. Там он занимался фотометрией звёзд, разработал формулу определения времени выдержки для астрономической фотометрии и обнаружил явление невзаимозаместимости в фотографии, позже названное его именем (эффект Шварцшильда)[1]. В 1899 году вернулся в Мюнхенский университет, где получил должность приват-доцента, защитив хабилитационную диссертацию об измерениях блеска звёзд[1]. В 1900 году, задолго до появления общей теории относительности, Шварцшильд исследовал возможность того, что пространство является неевклидовым, получив нижнее ограничение на радиус кривизны пространства 4 млн а.е. для случая эллиптической геометрии и 100 млн а.е. — для гиперболической геометрии[5][1]Шаблон:Sfn. В это время он также исследовал движение пылевых частиц в хвостах комет под действием лучевого давления и вывел из наблюдений размеры этих частиц[1].
В 1901 году Шварцшильд стал экстраординарным (через год, в возрасте 28 лет — ординарным, то есть полным) профессором в Гёттингенском университете и одновременно директором Шаблон:Нп5[1]. Там он работал с такими личностями, как Давид Гильберт и Герман Минковский[1]. 11 июня 1909 года был избран в Королевское астрономическое общество (Лондон)[1]. Во время работы в Гёттингене Шварцшильд занимался электродинамикой и геометрической оптикой, выполнил большой обзор фотографических звёздных величин и установил различие между фотографическими и визуальными звёздными величинами, изучал перенос излучения в звёздах и фотосфере Солнца[1] и в 1906 году ввёл понятие Шаблон:Нп5, фундаментальное для моделирования звёздных атмосфер[6][7]. Участвовал в экспедиции в Алжир для наблюдения полного солнечного затмения 30 августа 1905 года[1][8].
22 октября 1909 года Шварцшильд женился на Эльзе Розенбах, дочери профессора хирургии Гёттингенского университета[1]. У Карла и Эльзы было трое детей — Агата, Мартин (позже профессор астрономии в Принстоне) и Альфред[1].
В конце 1909 года Карл Шварцшильд стал директором Астрофизической обсерватории в Потсдаме (этот пост считался наиболее престижным для астронома в Германии), а в 1912 году был избран членом Прусской академии наук[1]. Опубликовал монографию «Aktinometrie» (1 ч. — 1910, 2 ч. — 1912)[1]. В этот период он интересовался спектрометрией, исследовал фотографии кометы Галлея, полученные во время её возвращения в 1910 году[1]. Летом 1910 года совершил поездку в США, посетив несколько американских обсерваторий. В 1914 году Шварцшильд пытался (безуспешно) обнаружить предсказанное теорией относительности гравитационное красное смещение в солнечных спектрах.
В начале Первой мировой войны (1914 год) пошёл добровольцем в немецкую армию, несмотря на то, что его возраст превышал 40 лет; служил сначала в Намюре (Бельгия) на военной метеорологической станции, затем, получив чин лейтенанта, был переведён в штаб дивизии дальнобойной артиллерии, дислоцированной сперва во Франции, а позже в России[1][7]. Шварцшильд занимался расчётами траекторий снарядов[1]; в 1915 году направил в Академию сообщение[9] о поправках на ветер и плотность воздуха к траекториям[7], опубликованное лишь в 1920 году, после рассекречивания. Был награждён Железным крестом[7].
18 ноября 1915 года Шварцшильд, будучи в отпуске, присутствовал на лекции Эйнштейна перед Прусской академией наук в Берлине, на которой Эйнштейн представлял свою статью, объясняющую смещение перигелия Меркурия с помощью общей теории относительности[10].
На восточном фронте заболел аутоиммунной болезнью пузырчаткой (англ. pemphigus), в то время неизлечимой[1]. Во фронтовом госпитале в России Шварцшильд написал две статьи[11][12] по общей теории относительности и фундаментальную работу по квантовой теории Бора — Зоммерфельда, содержащую теорию эффекта Штарка для атома водорода[1][13]. В марте 1916 года Шварцшильд был комиссован по болезни, вернулся в Германию и через два месяца умер[1]. Похоронен на Гёттингенском городском кладбище.
Научные работы и достижения
Широта охвата тем физики, математики и астрономии в его работах привела к тому, что Эддингтон сравнивал Шварцшильда с Пуанкаре, только более практической направленности[7]. Сам Шварцшильд в своей вступительной речи в Берлинскую академию наук (1913) объяснял это так: Шаблон:Начало цитаты Математика, физика, химия, астрономия двигаются единым фронтом. Кто отстаёт — того подтягивают. Кто опережает — помогает остальным. Теснейшая солидарность существует между астрономией и всем кругом точных наук. … С этой точки зрения я могу полагать удачей то, что мои интересы никогда не ограничивались тем, что дальше Луны, но следовали нитям, тянущимся оттуда к нашему, подлунному знанию; я часто бывал неверен небесам. Это тяга к универсальности, которая была непреднамеренно усилена моим учителем Зеелигером, а затем расцвела благодаря Феликсу Клейну и всему научному кругу Гёттингена. Там популярен девиз, согласно которому математика, физика и астрономия составляют единое знание, которое, подобно греческой культуре, должно восприниматься как идеальное целое.Шаблон:Oq Шаблон:Конец цитаты
К основным достижениям Шварцшильда в практической астрономии относят работы по основам точной фотографической фотометрии, начатые в Гёттингене и продолженные затем в Потсдаме. Ещё на первом месте он разработал технику точной оценки блеска звезд по фотографиям и на практике определил закон связи почернения на фотопластинке со временем экспозиции и блеском звезды (закон Шварцшильда). Так как фотопластинки и глаз отличаются по чувствительности к различным длинам волн электромагнитного спектра, то визуальную и фотографическую шкалы блеска звёзд необходимо связать между собой, установив некое общее начало — нуль-пункт. Это также впервые проделал ШварцшильдШаблон:Sfn. Разность между визуальной и фотографической звёздной величиной может служить оценкой температуры звезды — и благодаря этому ещё в 1899 году Шварцшильд обнаружил колебания эффективной температуры цефеидШаблон:Sfn. В Потсдаме в 1910—1912 годах он составил точный каталог фотографических звездных величин 3500 звезд ярче 7.5m со склонениями в пределах от 0° до +20° (так называемая «Гёттингенская актинометрия»), который вместе с визуальными каталогами послужил основой важных статистических исследований по оценке температур звёзд и расстояний до нихШаблон:Sfn[8][7].
Изучение статистики собственных движений звёзд, толчком к которому послужила теория двух потоков Я. Каптейна, в 1907 году привело Шварцшильда к формулировке альтернативного закона эллипсоидального распределения скоростей звезд в Галактике, затем подтверждённого в рамках теории вращения Галактики. В 1910—1912 годах Шварцшильд разработал и решил в общем виде интегральные уравнения звездной статистики, связывающие абсолютные и видимые характеристики звезд с их пространственной плотностьюШаблон:Sfn.
В 1906 году Шварцшильд ввёл в теорию звёздных атмосфер концепцию лучистого равновесия, по которой перенос энергии в атмосфере осуществляется излучением, а конвективный перенос и теплопроводность пренебрежимо малы. На основе закона Вина он создал математическую теорию лучистого равновесия и разработал соответствующую модель строения звездной атмосферы, которая и сейчас лежит во основе неконвективных моделей звёздных оболочекШаблон:Sfn[7].
Ряд работ Шварцшильда посвящён теории равновесия малых частиц в поле излучения звёзд и приложению этой теории к кометным хвостамШаблон:Sfn[8], теории аберраций оптических инструментов[8][14], вариационному принципу в электродинамике электрона[14], теории прямого межчастичного электромагнитного взаимодействия[15], а его последняя работа посвящена теории эффекта Штарка для атома водорода в рамках боровской старой квантовой механики[16][8] — в ней Шварцшильд впервые ввёл переменные «действие — угол»[14], важные в теории консервативных гамильтоновых систем[17].
Его работы по теории относительности содержали первые точные решения полевых уравнений общей теории относительности со сферической симметрией — так называемое внутреннее решение Шварцшильда для невращающегося шарообразного тела из однородной жидкости[12] и внешнее решение Шварцшильда для статического пустого пространства вокруг сферически симметричного тела[11] (второе сейчас именуют обычно просто решением Шварцшильда). Решение Шварцшильда было первым точным решением уравнений Эйнштейна с классической чёрной дырой, поэтому несколько терминов из физики чёрных дыр получили его имя, например радиус Шварцшильда, шварцшильдовы координаты и так далееШаблон:Sfn.
Известно, что первой реакцией Эйнштейна на работу Шварцшильда было неверие: Эйнштейн полагал, что найти точное внешнее решение для такой сложной системы уравнений, как возникающая в общей теории относительности, невозможно. Только проверив все выкладки самостоятельно, Эйнштейн убедился, что задача действительно решена, и заразился энтузиазмом. Кроме этого, на основании своего точного внешнего решения Шварцшильд вывел предсказываемую общей теорией относительности величину эффекта смещения перигелия орбиты Меркурия и отклонения света, подтвердив значения, найденные Эйнштейном ранее на основании приближённого решения уравнений[18]Шаблон:Sfn.
На заседании Берлинской академии наук, посвящённом памяти Шварцшильда, Эйнштейн оценил эти его работы следующим образом: Шаблон:Начало цитаты В теоретических работах Шварцшильда особенно поражают уверенное владение математическими методами исследования и та легкость, с которой он постигает существо астрономической или физической проблемы. Редко встречаются столь глубокие математические познания в сочетании со здравым смыслом и такой гибкостью мышления, как у него. Именно эти дарования позволили ему выполнить важные теоретические работы в тех областях, которые отпугивали других исследователей математическими трудностями. Побудительной причиной его неиссякаемого творчества, по-видимому, в гораздо большей степени можно считать радость художника, открывающего тонкую связь математических понятий, чем стремление к познанию скрытых зависимостей в природе. Шаблон:Конец цитаты
Признание и память
В честь Карла Шварцшильда в 1960 году была названа обсерватория в городе Таутенбурге в Шаблон:Число от Йены; в обсерватории находится крупнейший в Германии телескоп[19][1], а также открытый в 1916 году астероид (837) Шварцшильда, кратер на Луне, улицы в Гёттингене и других городах. Немецкое астрономическое общество (Astronomische Gesellschaft) с 1959 года ежегодно присуждает медаль Карла Шварцшильда, первым лауреатом которой стал его сын Мартин[1].
В науке имя Шварцшильда носят[14]:
- открытое им точное решение уравнений Эйнштейна и его характеристики и обобщения — метрика и пространство-время Шварцшильда, радиус Шварцшильда, координаты Шварцшильда
- экспонента и эффект Шварцшильда в фотографической фотометрии
- интегральное уравнение Шварцшильда — Милна в теории переноса излучения
- эллипсоидальное распределение Шварцшильда звёздных скоростей
- критерий Шварцшильда конвективной неустойчивости звёздных атмосфер
Библиография
Полная библиография работ Карла Шварцшильда была опубликована в 1917 году Отто Блюменталем[20]. В библиотеке Гёттингена хранится также коллекция его писем и записей, микрофильмированная в 1975 году для Центра истории физики Американского института физики[21]. Первое собрание сочинений Карла Шварцшшильда в трёх томах было напечатано издательством Springer в 1992 году[22].
Примечания
Литература
Ссылки
Шаблон:Нормативный контроль Шаблон:Хорошая статья
- ↑ 1,00 1,01 1,02 1,03 1,04 1,05 1,06 1,07 1,08 1,09 1,10 1,11 1,12 1,13 1,14 1,15 1,16 1,17 1,18 1,19 1,20 1,21 1,22 1,23 1,24 1,25 1,26 1,27 1,28 1,29 Шаблон:Cite web
- ↑ Deutsche Biographie
- ↑ K. Schwarzschild «Zur Bahnbestimmung nach Bruns». Astronomische Nachrichten 124 (1890) cols. 211—216; K. Schwarzschild «Methode zur Bahnbestimung der Doppelsterne». Astronomische Nachrichten 124 (1890) cols. 215—218.
- ↑ K. Schwarzschild «Die Poincaré’sche Theorie des Gleichgewichts einter homogenen rotierenden Flüssigkeitsmasse» Neue Annalen der K. Sternwarte in München, 3 (1898), 231—299.
- ↑ K. Schwarzschild «Über das zulässige Krummungsmass des Raumes» Vierteljahrsschrift der Astronomischen Gesellschaft 35 (1900) 337—347.
- ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ 7,0 7,1 7,2 7,3 7,4 7,5 7,6 Шаблон:Статья
- ↑ 8,0 8,1 8,2 8,3 8,4 Шаблон:Статья
- ↑ K. Schwarzschild «Über den Einfluss von Wind und Luftdichte auf die Goschossbahn». Sitzungberichte der Preussischen Akademie der Wissenschaften zu Berlin 1920 (1920) 37-63.
- ↑ Шаблон:Книга
- ↑ 11,0 11,1 K. Schwarzschild. «Über das Gravitationsfeld eines Massenpunktes nach der Einstein’schen Theorie». Sitzungsberichte der Königlich Preussischen Akademie der Wissenschaften 1 (1916) 189—196.
- ↑ 12,0 12,1 K. Schwarzschild «Über das Gravitationsfeld einer Kugel aus inkompressibler Flüssigkeit». Sitzungsberichte der Königlich Preussischen Akademie der Wissenschaften 1 (1916) 424.
- ↑ K. Schwarzschild «Zur Quantenhypothese». Sitzungberichte der Preussischen Akademie der Wissenschaften zu Berlin 1916 (1916) 548—568.
- ↑ 14,0 14,1 14,2 14,3 Шаблон:Статья
- ↑ Schwarzschild, K., Elektrodynamik, Z.: Zur Elektrodynamik. II. Die elementare elektrodynamische Kraft. Nachrichten von der Gesellschaft der Wissenschaften zu Göttingen 128, 132 (1903)
- ↑ Книга:Храмов Ю. А.:Физики
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Книга
- ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ Шаблон:Книга
- Русская Википедия
- Страницы с неработающими файловыми ссылками
- Астрофизики Германии
- Астрономы по алфавиту
- Физики по алфавиту
- Космологи
- Преподаватели Гёттингенского университета
- Члены Прусской академии наук
- Кавалеры Железного креста 2 класса
- Похороненные на Гёттингенском городском кладбище
- Члены Леопольдины
- Члены Гёттингенской академии наук
- Физики-теоретики Германии
- Почётные доктора Гронингенского университета
- Страницы, где используется шаблон "Навигационная таблица/Телепорт"
- Страницы с телепортом
- Википедия
- Статья из Википедии
- Статья из Русской Википедии