Введение

Ирвинг Лэнгмуир (Irving Langmuir; 31 января 1881 – 16 августа 1957) – американский химик, физик и инженер. Он был удостоен Нобелевской премии по химии в 1932 году за работы в области химии поверхностей. Наиболее известной публикацией Лэнгмуара является статья 1919 года «Расположение электронов в атомах и молекулах», в которой, опираясь на кубическую теорию атома Гилберта Н. Льюиса и теорию химической связи Уолтера Косселя, он изложил свою «концентрическую теорию атомной структуры». Лэнгмуир оказался вовлечён в спор о приоритете с Льюисом относительно этой работы; навыки Лэнгмура в представлении информации во многом способствовали популяризации теории, хотя заслуга в создании самой теории в основном принадлежит Льюису. Работая в General Electric с 1909 по 1950 год, Лэнгмуир добился значительных успехов в нескольких областях физики и химии, изобретя газонаполненную лампу накаливания и технику водородной сварки. Лаборатория Лэнгмура по исследованию атмосферы, расположенная недалеко от Сокорро (штат Нью-Мексико), была названа в его честь, как и журнал Американского химического общества, посвященный науке о поверхностях, – «Langmuir». Когда эта проблема была решена, ему открылись детали, которые ранее оставались незамеченными, и его интерес к сложности природы возрос. В детстве на Лэнгмуира оказал влияние его старший брат Артур Лэнгмуир, химик-исследователь, который поощрял любопытство Ирвинга к природе и принципам работы вещей. Артур помог Ирвингу обустроить первую химическую лабораторию в углу его спальни и с удовольствием отвечал на многочисленные вопросы, которые задавал Ирвинг. Увлечениями Лэнгмуира были альпинизм, катание на лыжах, пилотирование собственного самолета и классическая музыка. Помимо профессионального интереса к политике в области атомной энергии, он проявлял обеспокоенность по поводу охраны дикой природы.

Образование

Лангмуир учился в нескольких школах и институтах в Америке и Париже (1892–1895), прежде чем окончить среднюю школу в Академии Честнат Хилл (1898) – элитной частной школе, расположенной в престижном районе Честнат Хилл в Филадельфии. В 1903 году он получил степень бакалавра наук в области металлургической инженерии (Met. E.) в Школе горного дела Колумбийского университета. В 1906 году он защитил докторскую диссертацию в Геттингене, основанную на исследованиях, проведенных с использованием "лампы Нернста" – электрической лампы, изобретенной Нернстом. Его диссертация называлась "О частичной рекомбинации диссоциированных газов в процессе охлаждения" (Ueber partielle Wiedervereinigung dissociierter Gase im Verlauf einer Abkiihlung). Позже он занимался последипломным обучением по химии. Затем Лангмуир преподавал в Технологическом институте Стивенса в Хобокене, штат Нью-Джерси, до 1909 года, когда начал работать в исследовательской лаборатории General Electric (Шенехтади, Нью-Йорк).

Исследования

Его первые научные достижения были связаны с изучением ламп накаливания (продолжением его докторской диссертации). Его первым крупным усовершенствованием стала модификация диффузионного насоса, что в конечном итоге привело к изобретению высоковакуумных диодов и усилителей. Год спустя он и его коллега Леви Тонкс обнаружили, что срок службы вольфрамовой нити можно значительно увеличить, заполняя лампу инертным газом, таким как аргон; критическим фактором (упущенным другими исследователями) оказалась необходимость предельной чистоты на всех этапах процесса. Он также обнаружил, что скручивание нити в плотную спираль повышает её эффективность. Эти разработки имели важное значение в истории лампы накаливания. Его работа в области поверхностной химии началась с этого момента, когда он обнаружил, что молекулярный водород, вводимый в лампу с вольфрамовой нитью, диссоциирует на атомарный водород и образует слой толщиной в один атом на поверхности лампы. Его ассистентом в исследованиях вакуумных ламп был его кузен Уильям Комингс Уайт. Продолжая изучать нити в вакууме и различных газовых средах, он начал исследовать эмиссию заряженных частиц из горячих нитей (термоэлектронную эмиссию). Он был одним из первых ученых, работавших с плазмой, и первым назвал эти ионизированные газы именно так, поскольку они напоминали ему плазму крови. Лангмуир и Тонкс обнаружили волны электронной плотности в плазме, которые теперь известны как волны Лангмуира. Он ввел понятие электронной температуры и в 1924 году изобрел диагностический метод измерения температуры и плотности с помощью электростатического зонда, который теперь называется зондом Лангмуира и широко используется в физике плазмы. Измеряется ток с отклоненного зонда как функция приложенного напряжения для определения локальной температуры и плотности плазмы. Он также открыл атомарный водород, который использовал для изобретения процесса сварки атомарным водородом – первой плазменной сварки. Плазменная сварка впоследствии была развита в газовольфрамовую дуговую сварку (TIG). В 1917 году он опубликовал статью о химии масляных пленок, которая впоследствии легла в основу присуждения ему Нобелевской премии по химии в 1932 году. Лангмуир предположил, что масла, состоящие из алифатической цепи с гидрофильной концевой группой (например, спирта или кислоты), ориентируются в виде пленки толщиной в одну молекулу на поверхности воды, при этом гидрофильная группа обращена вниз в воду, а гидрофобные цепи сгруппированы на поверхности. Толщину пленки можно было легко определить по известному объему и площади масла, что позволяло исследовать молекулярную конфигурацию до появления спектроскопических методов.

Поздние годы

После Первой мировой войны Лангмуир внес вклад в атомную теорию и понимание атомной структуры, определив современную концепцию валентных оболочек и изотопов. Лангмуир был президентом Института радиоинженеров в 1923 году. Основываясь на своей работе в General Electric, Джон Б. Тейлор разработал детектор, ионизирующий пучки щелочных металлов, который сейчас известен как детектор Лангмура — Тейлора. В 1927 году он был одним из участников пятой конференции по физике, организованной Сольвеем, проходившей в Международном институте физики Сольвея в Бельгии. Он объединился с Кэтрин Б. Блоджетт для изучения тонких пленок и поверхностной адсорбции. Они ввели понятие монослоя (слоя материала толщиной в одну молекулу) и двухмерную физику, описывающую такие поверхности. В 1932 году он получил Нобелевскую премию по химии «за открытия и исследования в области поверхностной химии». В 1938 году научные интересы Лангмуира начали смещаться в сторону атмосферной науки и метеорологии. Одним из его первых проектов, хотя и косвенно связанных, было опровержение утверждения энтомолога Чарльза Х. Т. Таунсенда о том, что оленья муха летает со скоростью более 800 миль в час. Лангмуир оценил скорость мухи в 25 миль в час. Наблюдая за полосами дрейфующих водорослей в Саргассовом море, он обнаружил ветровую поверхностную циркуляцию в море, которая теперь называется циркуляцией Лангмуира. Во время Второй мировой войны Лангмуир и научный сотрудник Винсент Дж. Шефер работали над улучшением военно-морского гидролокатора для обнаружения подводных лодок, а затем над разработкой защитных дымовых завес и методов удаления обледенения с крыльев самолетов. Это исследование привело его к теоретическому обоснованию и последующей демонстрации в лаборатории и в атмосфере того, что введение ядер льда – сухого льда и йодида серебра – в достаточно влажное облако низкой температуры (переохлажденную воду) может вызвать осадки (облачный посев). Однако на практике, особенно в Австралии и Китайской Народной Республике, эффективность этой техники до сих пор вызывает споры. В 1953 году Лангмуир ввел термин «патологическая наука», описывая исследования, проводимые в соответствии с научным методом, но искаженные бессознательными предубеждениями или субъективными факторами. Это отличается от псевдонауки, которая не претендует на следование научному методу. В своей первоначальной речи он привел экстрасенсорное восприятие и летающие тарелки в качестве примеров патологической науки; с тех пор этот термин стали применять к поливодному и холодному синтезу. Его дом в Скенектади был объявлен Национальным историческим памятником в 1976 году.

Личная жизнь

В 1912 году Лэнгмуир женился на Марион Мерсеро (1883–1971), с которой усыновил двоих детей: Кеннета и Барбару. После непродолжительной болезни он скончался от сердечного приступа в Вудс-Холле, штат Массачусетс, 16 августа 1957 года. Его некролог был опубликован на первой странице газеты "Нью-Йорк Таймс". Что касается его религиозных взглядов, Лэнгмуир был агностиком.

В художественной литературе

По словам автора Курта Воннегута, Лангмуир послужил прототипом для его вымышленного ученого доктора Феликса Хойниккера в романе "Кошачья колыбель", а также для изобретения персонажем "Ice-Nine" – новой фазы льда (имеющей лишь формальное сходство с Ice IX). Лангмуир работал с братом Воннегута, Бернардом Воннегутом, в General Electric над технологией засева облаков кристаллами льда для усиления или ослабления дождя и штормов.