Если вы хотите быть физиком, вы должны сделать три вещи — сначала изучайте математику, во-вторых, изучайте больше математики, и в-третьих, делайте то же самое.
Arnold Johannes Wilhelm Sommerfeld был немецким теоретическим физиком, который пионерски развивал атомную и квантовую физику, а также обучал и наставлял многих студентов для новой эры теоретической физики. Он служил научным руководителем многих лауреатов Нобелевской премии по физике и химии; только рекорд наставничества J. J. Thomson сравним с его.
Он ввел второе квантовое число азимутальное квантовое число и третье квантовое число магнитное квантовое число. Он также ввел постоянную тонкой структуры и пионерски развивал теорию рентгеновских волн.
Ранняя жизнь и образование
Sommerfeld изучал математику и физические науки в Albertina University в его родном городе Königsberg, Восточная Пруссия. Его научным руководителем диссертации был математик Ferdinand von Lindemann, и он также извлекал пользу из занятий с математиками Adolf Hurwitz и David Hilbert и физиком Emil Wiechert. Его участие в студенческом братстве Deutsche Burschenschaft привело к дуэльному шраму на его лице. Он получил степень Ph.D. 24 октября 1891 года в возрасте 22 лет.
После получения докторской степени, Sommerfeld остался в Königsberg, чтобы работать над своим дипломом учителя. Он сдал национальный экзамен в 1892 году, а затем начал год военной службы, которая проходила в резервном полку в Königsberg. Он завершил свою обязательную военную службу в сентябре 1893 года и в течение следующих восьми лет продолжал добровольную восьминедельную военную службу. С его закрученными усами, его физическим телосложением, его прусским осанкой и боевым шрамом на лице он производил впечатление полковника гусаров.
Карьера
Göttingen
В октябре 1893 года Sommerfeld отправился в University of Göttingen, который был центром математики в Германии. Там он стал помощником Theodor Liebisch в Mineralogical Institute благодаря счастливому личному контакту — Liebisch был профессором University of Königsberg и другом семьи Sommerfeld.
В сентябре 1894 года Sommerfeld стал помощником Felix Klein, что включало написание подробных конспектов лекций Klein и их оформление для Mathematics Reading Room, а также управление читальным залом. Habilitationsschrift Sommerfeld была завершена под руководством Klein в 1895 году, что позволило Sommerfeld стать Privatdozent в Göttingen. Как Privatdozent, Sommerfeld читал лекции по широкому спектру математических и математико-физических тем. Его лекции по уравнениям в частных производных впервые были предложены в Göttingen и они развивались на протяжении его преподавательской карьеры, став Томом VI его серии учебников Lectures on Theoretical Physics под названием Partial Differential Equations in Physics.
Лекции Klein в 1895 и 1896 годах о вращающихся телах привели Klein и Sommerfeld к написанию четырехтомного текста Die Theorie des Kreisels — сотрудничество продолжительностью 13 лет, 1897–1910. Первые два тома были о теории, а последние два были о приложениях в геофизике, астрономии и технологии. Связь, которую Sommerfeld имел с Klein, повлияла на его склонность к прикладной математике и мастерству в лекциях.
Находясь в Göttingen, Sommerfeld встретил Johanna Höpfner, дочь Ernst Höpfner, куратора в Göttingen. В октябре 1897 года Sommerfeld начал назначение на должность Chair of Mathematics в Bergakademie в Clausthal-Zellerfeld; он был преемником Wilhelm Wien. Это назначение обеспечивало достаточный доход для того, чтобы в конце концов жениться на Johanna.
По просьбе Klein, Sommerfeld взял на себя должность редактора Тома V Enzyklopädie der mathematischen Wissenschaften; это было крупное предприятие, которое длилось с 1898 по 1926 год.
Aachen
В 1900 году Sommerfeld начал свое назначение на должность Chair of Applied Mechanics в Königliche Technische Hochschule Aachen позже RWTH Aachen University в качестве extraordinarius professor, что было организовано усилиями Klein. В Aachen он развивал теорию гидродинамики, которая надолго сохранила его интерес. Позже в University of Munich студенты Sommerfeld Ludwig Hopf и Werner Heisenberg писали свои Ph.D. диссертации по этой теме.
Munich
С 1906 года Sommerfeld установил себя как ordinarius professor физики и директор нового Theoretical Physics Institute в University of Munich. Он был выбран для этих должностей Wilhelm Röntgen, директором Physics Institute в Munich, что рассматривалось Sommerfeld как призыв к "привилегированной сфере деятельности".
До конца XIX века и начала XX века экспериментальная физика в Германии считалась имеющей более высокий статус в сообществе. Однако в начале XX века теоретики, такие как Sommerfeld в Munich и Max Born в University of Göttingen, с их ранней подготовкой в математике, развернули это так, что математическая физика, то есть теоретическая физика, стала движущей силой, а экспериментальная физика использовалась для проверки или развития теории. После получения своих докторских степеней у Sommerfeld, Wolfgang Pauli, Werner Heisenberg и Walter Heitler стали помощниками Born и внесли значительный вклад в развитие квантовой механики, которая находилась в очень быстром развитии.
На протяжении его 32 лет преподавания в Munich Sommerfeld преподавал общие и специализированные курсы, а также проводил семинары и коллоквиумы. Общие курсы были по механике, механике деформируемых тел, электродинамике, оптике, термодинамике и статистической механике, и уравнениям в частных производных в физике. Они проводились четыре часа в неделю, 13 недель зимой и 11 недель летом, и были для студентов, которые прошли курсы экспериментальной физики у Röntgen и позже у Wilhelm Wien. Также было двухчасовое еженедельное представление для обсуждения проблем. Специализированные курсы были тематического интереса и основаны на научных интересах Sommerfeld; материал из этих курсов позже появился в научных публикациях Sommerfeld. Целью этих специальных лекций было справиться с текущими вопросами в теоретической физике и для Sommerfeld и студентов получить систематическое понимание этого вопроса, независимо от того, были ли они успешны в решении проблемы, поставленной текущим вопросом. В семинарные и коллоквиумные периоды студентам были назначены работы из текущей литературы и они затем подготавливали устную презентацию. С 1942 по 1951 год Sommerfeld работал над упорядочением своих конспектов лекций для публикации. Они были опубликованы как шеститомные Lectures on Theoretical Physics.
Для списка студентов пожалуйста смотрите список, организованный по типам. Четверо докторантов Sommerfeld, Werner Heisenberg, Wolfgang Pauli, Peter Debye и Hans Bethe впоследствии выиграли Нобелевские премии, в то время как другие, особенно, Walter Heitler, Rudolf Peierls, Karl Bechert, Hermann Brück, Paul Peter Ewald, Eugene Feenberg, Herbert Fröhlich, Erwin Fues, Ernst Guillemin, Helmut Hönl, Ludwig Hopf, Adolf Kratzer, Otto Laporte, Wilhelm Lenz, Karl Meissner, Rudolf Seeliger, Ernst C. Stückelberg, Heinrich Welker, Gregor Wentzel, Alfred Landé и Léon Brillouin стали знаменитыми в своих собственных правах. Трое постдокторантов Sommerfeld, Linus Pauling, Isidor I. Rabi и Max von Laue выиграли Нобелевские премии, и еще десять, William Allis, Edward Condon, Carl Eckart, Edwin C. Kemble, William V. Houston, Karl Herzfeld, Walther Kossel, Philip M. Morse, Howard Robertson и Wojciech Rubinowicz впоследствии стали знаменитыми в своих собственных правах. Walter Rogowski, студент бакалавриата Sommerfeld в RWTH Aachen, также впоследствии стал знаменитым в своем собственном праве. Max Born верил, что способности Sommerfeld включали "открытие и развитие талантов". Albert Einstein рассказал Sommerfeld: "Что я особенно восхищаюсь в вас, так это то, что вы, так сказать, выколотили из земли такое большое количество молодых талантов". Стиль Sommerfeld как профессора и директора института не создавал дистанцию между ним и его коллегами и студентами. Он приглашал сотрудничество от них, и их идеи часто влияли на его собственные взгляды в физике. Он развлекал их у себя дома и встречался с ними в кафе до и после семинаров и коллоквиумов. Sommerfeld владел альпийской лыжной хижиной, в которую студентов часто приглашали для обсуждения физики столь же требовательной, как спорт.
Находясь в Munich, Sommerfeld пришел в контакт со специальной теорией относительности Albert Einstein, которая в то время еще не была широко принята. Его математические вклады в теорию помогли ее принятию скептиками. В 1914 году он работал с Léon Brillouin над распространением электромагнитных волн в дисперсионных средах. Он стал одним из основателей квантовой механики; некоторые из его вкладов включали соавторство Sommerfeld–Wilson quantization rules 1915, обобщение атомной модели Bohr, введение Sommerfeld fine-structure constant 1916, соавторство с Walther Kossel Sommerfeld–Kossel displacement law 1919 и публикацию Atombau und Spektrallinien 1919, которая стала "библией" атомной теории для нового поколения физиков, которые развивали атомную и квантовую физику.
В 1918 году Sommerfeld сменил Einstein на посту chair Deutsche Physikalische Gesellschaft DPG. Одним из его достижений было основание нового журнала. Научные статьи, опубликованные в журналах DPG, стали настолько объемными, что комитет DPG в 1919 году рекомендовал создание Zeitschrift für Physik для публикации оригинальных исследовательских статей, которые начались в 1920 году. Поскольку любой уважаемый ученый мог опубликовать свою статью без рецензирования, время между подачей и публикацией было очень быстрым — как быстро две недели. Это сильно стимулировало научные теоретические разработки, особенно квантовой механики в Германии в то время, так как этот журнал был предпочтительным средством публикации для нового поколения квантовых теоретиков с авангардными взглядами.
В зимнем семестре 1922/1923 года Sommerfeld прочитал лекции Carl Schurz Memorial Professor of Physics в University of Wisconsin–Madison.
В 1927 году Sommerfeld применил Fermi–Dirac statistics к Drude model электронов в металлах — модель, выдвинутая Paul Drude. Новая теория решила многие проблемы предсказания тепловых свойств, которые исходная модель имела, и стала известна как Drude–Sommerfeld model.
В 1928/1929 годах Sommerfeld путешествовал по всему миру с основными остановками в Индии, Китае, Японии и Соединенных Штатах.
Sommerfeld был великим теоретиком, и помимо его неоценимых вкладов в квантовую теорию, он работал в других областях физики, таких как классическая теория электромагнетизма. Например, он предложил решение проблемы излучающего hertzian dipole над проводящей землей, которое на протяжении многих лет привело ко многим приложениям. Его Sommerfeld identity и Sommerfeld integrals являются до сих пор наиболее распространенным способом решения такого рода проблем. Также как знак мастерства школы теоретической физики Sommerfeld и подъема теоретической физики в начале 1900-х годов, с 1928 года почти одна треть ordinarius professors теоретической физики в немецкоязычном мире были студентами Sommerfeld.
1 апреля 1935 года Sommerfeld достиг статуса emeritus, однако, он остался в качестве своего собственного временного заменителя в процессе отбора его преемника, который продолжался до 1 декабря 1939 года. Процесс был длительным из-за академических и политических разногласий между выбором Munich Faculty и выбором как Reichserziehungsministerium REM; Reich Education Ministry, так и сторонников Deutsche Physik, которая была антисемитской и имела предвзятость против теоретической физики, особенно включая квантовую механику. Назначение Wilhelm Müller — который не был теоретическим физиком, не публиковался в журнале по физике и не был членом Deutsche Physikalische Gesellschaft — в качестве замены Sommerfeld, было рассмотрено как трагедия и вредно для обучения нового поколения физиков, что как Ludwig Prandtl, директор Kaiser Wilhelm Institut für Strömungsforschung Kaiser Wilhelm Institute for Flow Research, так и Carl Ramsauer, директор исследовательского отделения Allgemeine Elektrizitäts-Gesellschaft General Electric Company и президент Deutsche Physikalische Gesellschaft, ссылались на это в их корреспонденции с официальными лицами Reich. В приложении к письму Prandtl от 28 апреля 1941 года к Reich Marshal Hermann Göring, Prandtl назвал назначение "саботажом" необходимого обучения теоретической физики. В приложении к письму Ramsauer от 20 января 1942 года к Reich Minister Bernhard Rust, Ramsauer пришел к заключению, что назначение составило "разрушение мюнхенской традиции теоретической физики".
Что касается когда-то патриотических взглядов Sommerfeld, он написал Einstein вскоре после того, как Hitler пришел к власти: "Я могу вас уверить, что злоупотребление словом "национальный" нашими правителями полностью избавило меня от привычки национальных чувств, которая была так явно выражена в моем случае. Я теперь был бы готов увидеть, как Германия исчезнет как держава и слилась в умиротворенную Европу".
Sommerfeld получил много почестей в его
