Вальтер Гейтлер: Жизнь и вклад в квантовую физику и химию

Введение

Немецкий физик (1904–1981)

Вальтер Генрих Гейтлер (; 2 января 1904 – 15 ноября 1981) — немецкий физик, внесший вклад в квантовую электродинамику и квантовую теорию поля. Он заложил основы квантовомеханического понимания химии благодаря своей теории валентных связей.

Образование

В 1922 году Хайтлер начал изучать физику в Карлсруэском техническом университете, в 1923 году – в Берлинском университете имени Гумбольдта, а в 1924 году – в Мюнхенском университете Людвига-Максимилиана (LMU), где он учился у Арнольда Зоммерфельда и Карла Герцфельда. Последний был его научным руководителем при получении докторской степени в 1926 году; Герцфельд преподавал курсы теоретической физики и физической химии, а в отсутствие Зоммерфельда часто проводил его занятия. С 1926 по 1927 год он был стипендиатом Фонда Рокфеллера для проведения последипломных исследований с Нильсом Бором в Институте теоретической физики Копенгагенского университета и с Эрвином Шрёдингером в Цюрихском университете. Затем он стал ассистентом Макса Борна в Институте теоретической физики Гёттингенского университета. Хайтлер завершил свою Habilitation под руководством Борна в 1929 году и оставался Privatdozent до 1933 года. В том же году университет уволил его из-за еврейского происхождения. К моменту получения Хайтлером докторской степени три Института теоретической физики образовали консорциум, который занимался ключевыми проблемами того времени, такими как структура атомов и молекул, и обменивался научной информацией и кадрами в своих научных поисках. Эти институты располагались в LMU под руководством Арнольда Зоммерфельда, в Гёттингенском университете под руководством Макса Борна и в Копенгагенском университете под руководством Нильса Бора. Кроме того, Вернер Гейзенберг и Борн недавно опубликовали свою трилогию статей, которая положила начало матричной формулировке квантовой механики. Также в начале 1926 года Эрвин Шрёдингер из Цюрихского университета начал публиковать свою серию из пяти статей, которая положила начало волновой формулировке квантовой механики и показала, что волновой и матричной формулировки эквивалентны. Эти статьи немедленно побудили сотрудников ведущих институтов теоретической физики применять эти новые инструменты для понимания структуры атомов и молекул. В этой обстановке Хайтлер получил стипендию Фонда Рокфеллера, покинув LMU и в течение двух лет занимаясь исследованиями и учебой с ведущими физиками-теоретиками того времени: сотрудниками Бора в Копенгагене, Шрёдингером в Цюрихе и Борном в Гёттингене. В Цюрихе, совместно с Фрицем Лондоном, Хайтлер применил новую квантовую механику для изучения насыщаемых, нединамических сил притяжения и отталкивания, то есть обменных сил молекулы водорода. Их валентно-связное рассмотрение этой проблемы стало важной вехой, поскольку оно подчинило химию квантовой механике. Кроме того, их работа оказала значительное влияние на химию через Линуса Полинга, который только что получил докторскую степень и посетил Хайтлера и Лондона в Цюрихе по стипендии Гуггенхайма. Полингу большую часть его карьеры было посвящено изучению природы химической связи. Применение квантовой механики к химии стало важной темой в карьере Хайтлера. Пока Хайтлер находился в Гёттингене, к власти в 1933 году пришел Адольф Гитлер. С ростом антисемитизма при Гитлере Борн взял на себя ответственность за поддержку молодого еврейского поколения. В связи с этим Борн организовал для Хайтлера должность научного сотрудника в Бристольском университете вместе с Невиллом Фрэнсисом Моттом в том же году.

In 1922, Heitler began his study of physics at the Karlsruhe Technische Hochschule, in 1923 at the Humboldt University of Berlin, and in 1924 at the Ludwig Maximilian University of Munich (LMU), where he studied under both Arnold Sommerfeld and Karl Herzfeld. The latter was his thesis advisor when he obtained his doctorate in 1926; Herzfeld taught courses in theoretical physics and one in physical chemistry, and in Sommerfeld's absence often took over his classes. From 1926 to 1927, he was a Rockefeller Foundation Fellow for postgraduate research with Niels Bohr at the Institute for Theoretical Physics at the University of Copenhagen and with Erwin Schrödinger at the University of Zurich. He then became an assistant to Max Born at the Institute for Theoretical Physics at the University of Göttingen. Heitler completed his Habilitation, under Born, in 1929, and then remained as a Privatdozent until 1933. In that year, he was let go by the university because he was Jewish. At the time Heitler received his doctorate, three Institutes for Theoretical Physics formed a consortium which worked on the key problems of the day, such as atomic and molecular structure, and exchanged both scientific information and personnel in their scientific quests. These institutes were located at the LMU, under Arnold Sommerfeld, the University of Göttingen, under Max Born, and the University of Copenhagen, under Niels Bohr. Furthermore, Werner Heisenberg and Born had just recently published their trilogy of papers which launched the matrix mechanics formulation of quantum mechanics. Also, in early 1926, Erwin Schrödinger, at the University of Zurich, began to publish his quintet of papers which launched the wave mechanics formulation of quantum mechanics and showed that the wave mechanics and matrix mechanics formulations were equivalent. These papers immediately put the personnel at the leading theoretical physics institutes onto applying these new tools to understanding atomic and molecular structure. It was in this environment that Heitler went on his Rockefeller Foundations Fellowship, leaving LMU and within a period of two years going to do research and study with the leading figures of the day in theoretical physics, Bohr's personnel in Copenhagen, Schrödinger in Zurich, and Born in Göttingen. In Zurich, with Fritz London, Heitler applied the new quantum mechanics to deal with the saturable, nondynamic forces of attraction and repulsion, i. e., exchange forces, of the hydrogen molecule. Their valence bond treatment of this problem, was a landmark in that it brought chemistry under quantum mechanics. Furthermore, their work greatly influenced chemistry through Linus Pauling, who had just received his doctorate and on a Guggenheim Fellowship visited Heitler and London in Zurich. Pauling spent much of his career studying the nature of the chemical bond. The application of quantum mechanics to chemistry would be a prominent theme in Heitler's career. While Heitler was at Göttingen, Adolf Hitler came to power in 1933. With the rising prominence of anti Semitism under Hitler, Born took it upon himself to take the younger Jewish generation under his wing. In doing so, Born arranged for Heitler to get a position that year as a Research Fellow at the University of Bristol, with Nevill Francis Mott.