Кіріспе

Америка физигі (1892–1962)

Артур Холли Комптон (10 қыркүйек 1892 – 15 наурыз 1962) – американдық физик, 1923 жылы ашқан Комптон эффектісі – электромагниттік сәулеленудің бөлшектік табиғатын көрсеткені үшін 1927 жылы физика саласындағы Нобель сыйлығының иегері. Бұл сол кезде сенсация тудырды: жарықтың толқындық табиғаты жақсы дәлелденген еді, бірақ жарықтың толқын және бөлшек қасиеттерінің екеуі бар деген идея оңай қабылданбады. Ол Манхэттен жобасы кезінде Чикаго университетінің металлургиялық зертханасын басқарғанымен де белгілі. 1945 жылдан 1953 жылға дейін Сент-Луис қаласындағы Вашингтон университетінің канцлері қызметін атқарды. 1919 жылы Комптонға студенттердің шетелде оқуына мүмкіндік беретін Ұлттық зерттеулер кеңесінің алғашқы екі стипендиясының бірі табысталды. Ол Англиядағы Кембридж университетінің Кавендиш зертханасына барып, гамма сәулелерінің шашырауы мен жұтылуын зерттеді. Осы бағыттағы зерттеулер Комптон эффектісін ашуға әкелді. Ол ферромагнетизмді зерттеу үшін рентген сәулелерін пайдаланды, оның электрон спиндерінің реттелуінің нәтижесі екенін анықтады және ғарыш сәулелерін зерттеді, олардың негізінен оң зарядталған бөлшектерден тұратынын білді. Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде Комптон алғашқы ядролық қаруды жасаған Манхэттен жобасының маңызды тұлғасы болды. Оның есептері жобаны іске қосуда маңызды рөл атқарды. 1942 жылы ол атқару комитетінің мүшесі болды, содан кейін металлургиялық зертхананы бақылайтын "X" жобаларының басшысы тағайындалды, оның міндетіне уранды плутонийге айналдыратын ядролық реакторларды өндіру, плутонийді ураннан бөлудің жолдарын табу және атом бомбасын жобалау кірді. Комптон Энрико Фермидің 1942 жылдың 2 желтоқсанында өздігінен жана бастаған, бірінші ядролық реактор Чикаго Пайлы-1 құрылысын қадағалады. Металлургиялық зертхана сондай-ақ Теннесси штатының Оук-Ридж қаласындағы X 10 графит реакторының жобалау және жұмыс істеуіне жауапты болды. Плутоний 1945 жылы Ханфорд полигонындағы реакторларда өндіріле бастады. Соғыстан кейін Комптон Сент-Луис қаласындағы Вашингтон университетінің канцлері болды. Оның қызмет ету кезеңінде университет бакалавриат бөлімдерін ресми түрде біріктірді, алғашқы әйел профессорын тағайындады және соғыстан оралған ардагерлердің көптігіне байланысты рекордтық санда студенттерді қабылдады.

Ерте өмір

Артур Комптон 1892 жылдың 10 қыркүйегінде Огайо штатының Вустер қаласында дүниеге келді. Ол 1939 жылы «Американың Жыл анасы» атанған және неміс меннониттерінен шыққан Элиас пен Отелия Кэтрин (құрметті аты Аугсбургер) Комптонның ұлы болды. Олар академиялық отбасы еді. Элиас Вустер университетінің (кейін Вустер колледжі) деканы болды, Артур да осы колледжге оқуға түсті. Артурдың үлкен ағасы Карл, ол да Вустерге қатысқан, 1912 жылы Принстон университетінен физика ғылымдарының докторы (PhD) дәрежесін алды және 1930 жылдан 1948 жылға дейін Массачусетс технология институтының президенті болды. Оның екінші ағасы Уилсон да Вустерге оқуға түсіп, 1916 жылы Принстон университетінен экономика ғылымы бойынша докторлық дәрежесін алды және 1944 жылдан 1951 жылға дейін Вашингтон штатының колледжінің, кейіннен Вашингтон штаты университетінің президенті болды. Үшеуі де «Альфа Тау Омега» студенттік қауымының мүшелері болды. Комптон бастапқыда астрономияға қызығушылық танытты және 1910 жылы Галлей кометасының суретін түсірді. 1913 жыл шамасында ол дөңгелек түтіктегі су қозғалысын зерттеу арқылы Жердің айналуын көрсеткен тәжірибе туралы айтты, бұл құрылғы қазір «Комптон генераторы» деп белгілі. Сол жылы ол Вустерді ғылым бакалавры дәрежесімен бітіріп, Принстонға оқуға түсті, онда 1914 жылы өнер магистрі дәрежесін алды. 1916 жылы Артур Комптон докторлық диссертациясын қорғағанда, ол, Карл және Уилсон докторлық диссертация алған үш бауырдың алғашқы тобы болды. Кейін олар АҚШ колледждерін бір уақытта басқарған алғашқы үштік атанды. Олардың қарындасы Мэри Лахордағы Форман христиан колледжінің директоры болған миссионер К. Герберт Райсқа тұрмысқа шықты. 1916 жылдың маусым айында Комптон Вустердегі сыныптасы және түлектерінің бірі Бетти Чэрити МакКлоскиге үйленді. Олардың екі ұлы болды: Артур Алан Комптон және Джон Джозеф Комптон. Комптон 1916-17 жылдары Миннесота университетінде бір жыл физика пәнін оқытты, содан кейін Питтсбургтегі «Westinghouse Lamp Company» компаниясында екі жыл ғылыми инженер болып жұмыс істеді, онда натрийлі шамды әзірлеумен айналысты. Бірінші дүниежүзілік соғыс кезінде ол «Signal Corps» үшін авиациялық құралдарды жасады. 1919 жылы Комптонға студенттерге шетелде оқуға мүмкіндік беретін Ұлттық зерттеулер кеңесінің алғашқы екі стипендиясының бірі табыс етілді. Ол Англиядағы Кембридж университетінің Кавендиш зертханасына оқуға баруды жөн көрді. Дж. Дж. Томсонның ұлы Джордж Пейджет Томсонмен бірге жұмыс істеп, Комптон гамма сәулелерінің шашырауы мен сіңірілуін зерттеді. Ол шашыраған сәулелердің бастапқы сәулеге қарағанда оңай сіңірілетінін байқады. Комптон Кавендиш ғалымдарына, әсіресе Эрнест Резерфордқа, Чарльз Гальтон Дарвинге және Артур Эддингтонға қатты әсерленді, содан кейін екінші ұлына Дж. Дж. Томсонның құрметіне есім қойды. 1926-1927 жылдары ол Пунджаб университетінің химия факультетінде сабақ берді, онда ол Гуггенхайм стипендиясын алған. Бір кезде Комптон баптист шіркеуінің диаконы болды. «Ғылым, адамдарды өз балаларындай көретін Құдайды жорамалдайтын дінмен ешқандай дауға түсе алмайды», - деді ол.

Космикалық сәулелер

1930 жылдардың басында Комптон ғарыштық сәулелерге қызығушылық танытты. Олардың бар екені сол кезде мәлім болған, бірақ олардың пайда болуы мен мәні әлі де болжамдар деңгейінде қалып қойды. Олардың болуын қысылған ауа немесе аргон газымен толтырылған шар тәрізді "бомба" және оның электр өткізгіштігін өлшеу арқылы анықтауға болатын. Еуропа, Үндістан, Мексика, Перу және Австралияға жасаған сапарлары Комптонға әртүрлі биіктіктер мен ендіктерде ғарыштық сәулелерді өлшеуге мүмкіндік берді. Әлемнің әртүрлі жерлерінде байқаулар жасаған басқа топтармен бірге, олар ғарыштық сәулелердің полюстерде экваторға қарағанда 15%-ға күштірек екенін анықтады. Комптон бұл айырмашылықты Роберт Милликан ұсынғандай фотондар емес, негізінен зарядталған бөлшектерден тұратын ғарыштық сәулелердің әсеріне байланысты деп түсіндірді, ал ендік әсері Жердің магнит өрісімен байланысты екенін көрсетті.

Манхэттен жобасы

1941 жылдың сәуірінде Ұлттық қорғаныс зерттеу комитетінің (NDRC) басшысы Ванневар Буш, NDRC уран бағдарламасы бойынша есеп беру үшін Комптон басқаратын арнайы комитет құрды. Комптонның 1941 жылдың мамырында ұсынған баяндамасында радиологиялық қарулар, кемелерді ядролық жетегімен қозғалту және уран-235 немесе жақында ашылған плутонийді қолдана отырып, ядролық қару жасау мүмкіндіктері қарастырылды. Қазан айында ол атом бомбасының жасалу ықтималдығы туралы тағы бір баяндама жазды. Ол сондай-ақ Гарольд Уреймен уранды байыту перспективаларын талқылады, Эуджин Вигнермен ядролық реакторда плутонийді қалай өндіруге болатыны туралы, ал Роберт Сербермен реакторда өндірілген плутонийді ураннан қалай бөліп алуға болатыны туралы сөйлесті. Оның қараша айындағы баяндамасында бомба жасау мүмкін екендігі айтылды, бірақ оның жойғыш күші туралы Марк Олифант пен оның британдық әріптестерінен гөрі консервативті көзқарас білдірді. Комптонның қарашадағы соңғы баяндамасында плутонийді пайдалану туралы ештеңе айтылмады, бірақ Эрнест Лоуренспен соңғы зерттеулерді талқылағаннан кейін Комптон плутонийлік бомбаны жасау да мүмкін екеніне көз жеткізді. Желтоқсан айында Комптон плутоний жобасын басқаруға тағайындалды. Ол 1943 жылдың қаңтарына дейін басқарылатын тізбекті реакцияға қол жеткізуді және 1945 жылдың қаңтарына дейін бомба жасауды жоспарлады. Бұл мәселені шешу үшін ол Колумбия, Принстон және Калифорния университетіндегі (Беркли) плутоний және ядролық реакторларды зерттеу топтарын Чикагодағы Металлургиялық зертханаға біріктірді. Оның мақсаты – уранды плутонийге айналдыратын реакторларды жасау, плутонийді ураннан химиялық жолмен бөліп алу тәсілдерін табу және атом бомбасын құрастыру болды. 1942 жылдың маусым айында АҚШ Армиясының инженерлік корпусы ядролық қару бағдарламасын өз бақылауына алды, ал Комптонның Металлургиялық зертханасы Манхэттен жобасының бір бөлігіне айналды. Сол айда Комптон Роберт Оппенгеймерге бомбаны жобалауды тапсырды. Металлургиялық зертхана ғалымдары ұсынған реакторлық конструкциялардың қайсысын іске асыру керектігін шешу Комптонға жүктелді, тіпті сәтті реактор әлі салынбаған болатын. Еңбек даулары Аргонн орманындағы Металлургиялық зертхананың жаңа ғимаратын салуды кешіктірген кезде, Комптон Стагг Филдтегі трибуналардың астында алғашқы ядролық реактор – Чикаго Пайлы 1-ді салуға шешім қабылдады. Фермидің басшылығымен ол 1942 жылдың 2 желтоқсанында өте қауіпті күйге жетті. Комптон Mallinckrodt компаниясына уран кенін тазартуды тапсырды, ал DuPont компаниясына Теннесси штатының Оук Ридж қаласында плутонийді жартылай өндіріс орнын салуды тапсырды. Плутоний бағдарламасындағы үлкен дағдарыс 1943 жылдың шілдесінде болды, ол кезде Эмилио Сегренің тобы Оук Ридждегі X 10 графит реакторында жасалған плутонийде 240 плутонийдің жоғары деңгейі бар екенін растады. Оның спонтанды бөлінуі ядролық қаруда плутонийді пайдалануға кедергі келтірді. Оппенгеймердің Лос-Аламос зертханасы бұл қиындыққа имплозиялық типтегі ядролық қаруды жобалап, құрастыру арқылы жауап берді. Комптон 1944 жылдың қыркүйегінде Ханфордта алғашқы реактордың іске қосылуын бақылады. Уранның алғашқы партиясы 1944 жылдың қарашасында Ханфордтағы В реакторына жүктелді, ал 1945 жылдың ақпанында Лос-Аламосқа плутонийді жеткізу басталды. Соғыс бойы Комптон көрнекті ғылыми кеңесші және әкімші болып қала берді. 1945 жылы ол Лоуренс, Оппенгеймер және Фермимен бірге Жапонияға қарсы атом бомбасын әскери қолдануды ұсынған Ғылыми комиссияның құрамында болды. Манхэттен жобасына қосқан үлесі үшін ол "Еңбегі үшін" медалімен марапатталды.

Вашингтон университетіне қайта оралу

Соғыс аяқталғаннан кейін Комптон Чикаго университетіндегі Чарльз Х. Свифт атындағы физика профессоры қызметінен кетіп, 1946 жылы Сент-Луистегі Вашингтон университетіне оралды, онда ол университеттің тоғызыншы канцлері болып тағайындалды. Комптон канцлер болған кезеңде университет 1952 жылы бакалавриат бөлімдерін толыққанды түрде десегрегациялады, алғашқы әйел толық профессорды тағайындады және соғыстан оралған ардагерлердің көптігіне байланысты рекордтық санда студенттерді қабылдады. Оның ұлттық ғылыми қауымдастықтағы беделі мен байланыстары оған көптеген танымал ғылыми зерттеушілерді университетке шақыруға мүмкіндік берді. Комптонның жетістіктеріне қарамастан, ол сол кезде және кейін тарихшылар тарапынан толық нәсілдік интеграцияға өте баяу ұмтылғаны үшін сынға ұшырады, нәтижесінде Вашингтон университеті Сент-Луисте афроамерикандық студенттерге есігін ашқан соңғы ірі жоғары оқу орны болды. Комптон 1954 жылы канцлер лауазымынан зейнетке шықты, бірақ 1961 жылы толық уақытты оқытушылық қызметтен зейнетке шыққанға дейін факультетте Табиғи философияның құрметті профессоры ретінде қызметін жалғастырды. Зейнетке шыққаннан кейін ол 1956 жылы жарық көрген «Атомдық іздеу» атты кітабында Манхэттен жобасындағы өзінің рөлі туралы жеке тәжірибесін баяндады.

Философия

Комптон ерік бостандығының екі сатылы моделін ұсынған санаулы ғалымдар мен философтардың бірі болды. Басқалары – Уильям Джеймс, Анри Пуанкаре, Карл Поппер, Генри Маргенау және Дэниел Деннет. 1931 жылы Комптон кванттық белгісіздікке негізделген адам бостандығы идеясын жақтады және микроскопиялық кванттық құбылыстарды күшейту тұжырымын ойлап тапты, бұл кездейсоқтықты макроскопиялық әлемге енгізуге арналған. Ол өзінің қызықты механизмінде күшейткішке динамит таяқшаларын қоса бекітіп, 1935 жылы жарияланған Шредингердің мысық парадоксын алдын ала болжады. Комптон өз идеяларының адамдардың іс-қимылдарының тікелей себебіне айналды деген сынға жауап ретінде 1955 жылы «Atlantic Monthly» журналындағы мақаласында идеясының екі кезеңді екенін түсіндірді. Біріншіден, кездейсоқ болатын оқиғалардың диапазоны болады, содан кейін таңдау жасау кезінде шешуші фактор қосылады.

Діни көзқарастар

Комптон пресвитериандық болды. Оның әкесі Элиас пресвитериан дінінің пасторы болған. 1948 жылдан 1962 жылға дейін Комптон Сент-Луистегі Екінші пресвитериан шіркеуінің қариясы болды. Комптон өмірінде көптеген наградалар алды, соның ішінде 1927 жылы физика бойынша Нобель сыйлығы, 1930 жылы Маттеуччи алтын медалі, 1940 жылы Корольдік қоғамның Хьюз медалі және Франклин институтының Франклин медалі. Ол 1925 жылы Америка философиялық қоғамына, 1927 жылы АҚШ Ұлттық ғылым академиясына, 1928 жылы Америка өнер және ғылым академиясына сайланды. Ол түрлі жолдармен еске алынады. Ай кратерінің бірі Комптон және оның інісі Карлдың құрметіне Комптон кратері деп аталды. Сент-Луистегі Вашингтон университетінің физика зерттеу ғимараты оның есімімен аталып, университеттегі математика, физика немесе планеталық ғылымдарды оқыған студенттерге арналған ең жоғары стипендиясы да оның құрметіне беріледі. Комптон жылдамдықты шектеуге арналған, «Холли-хэмп» деп аталатын, көбірек жұмсақ, созылған және көлбеу нұсқасын ойлап тапты, олардың көптеген түрлері Вашингтон университетінің кампусындағы жолдарда кездеседі. Чикаго университеті Комптонды және оның жетістіктерін еске алу үшін Артур Х. Комптон үйін оның құрметіне арнады. Бұл үй қазір Ұлттық тарихи ескерткіштер тізіміне енгізілген. Комптонда сондай-ақ Сент-Луис Даңқ залында жұлдызы бар. NASA-ның Комптон гамма-сәуле обсерваториясы Комптонның құрметіне аталған. Комптон эффектісі обсерваториядағы гамма-сәулелерді анықтау құралдарының маңызды бөлігі болып табылады.