Абрахам Пайс: Жизнь и научное наследие физика и историка науки

Введение

Авраам Пайс (англ. Abraham Pais; 19 мая 1918 – 28 июля 2000) – нидерландско-американский физик и историк науки. Пайс получил степень доктора философии в Утрехтском университете незадолго до того, как нацисты запретили евреям посещать голландские университеты во время Второй мировой войны. Когда нацисты начали насильственную депортацию голландских евреев, он ушел в подполье, но позже был арестован и спасся лишь к концу войны. После этого он работал ассистентом Нильса Бора в Дании, а затем был коллегой Альберта Эйнштейна в Институте перспективных исследований в Принстоне, штат Нью-Джерси. Пайс написал книги, посвященные жизни этих двух выдающихся физиков и их вкладу, а также вкладу других ученых в современную физику. Он был профессором физики в Рокфеллеровском университете до выхода на пенсию.

Ранние годы

Пейс родился в Амстердаме, первым ребенком в семье голландских евреев из среднего класса. Его отец, Исайя "Жак" Паис, был потомком сефардских еврейских иммигрантов из Португалии в Нидерланды в начале XVII века. Его мать, Каатье "Като" ван Клифф, была дочерью ашкеназского еврейского ювелира-бриллиантореза. Его родители познакомились, когда учились на учителей начальной школы. Они оба преподавали, пока мать не оставила работу после свадьбы 2 декабря 1916 года. Его единственная сестра, Энни, родилась 1 ноября 1920 года. В детстве отец Паиса был директором как обычной, так и еврейской школы. Паис был способным учеником и страстным читателем, и говорил, что у него было счастливое детство и он чувствовал себя частью голландского общества. В двенадцать лет он успешно сдал экзамены для поступления в Hogere Burgerschool и учился в амстердамской школе по пятилетней программе, включавшей основные предметы. Он сдал выпускные экзамены, став лучшим в классе. Он окончил школу со знанием английского, французского и немецкого языков.

Высшее образование

Осенью 1935 года Пайс начал обучение в Амстердамском университете, не имея четкого представления о своей будущей карьере. Проявляя интерес к точным наукам, он постепенно склонился к химии и физике в качестве основных предметов, а к математике и астрономии – в качестве дополнительных. Зимой 1936/37 года на его карьерные цели повлияли две гостевые лекции Джорджа Уленбека, профессора теоретической физики в Утрехтском университете. Пайс был заворожен обсуждением Уленбеком включения Энрико Ферми нейтрино в теорию бета-распада. 16 февраля 1938 года Пайс получил две степени бакалавра наук по физике и математике, с дополнительными предметами – химией и астрономией. Он начал посещать занятия в аспирантуре в Амстердаме, включая курсы по физике. Вскоре он разочаровался в единственном профессоре теоретической физики, Иоганне Дидерике ван дер Ваальсе-младшем (сыне Иоганне Дидерика ван дер Ваальса, лауреата Нобелевской премии 1910 года), которого он находил скучным и невосприимчивым к новым достижениям в физике. Пайс вскоре написал Уленбеку в Утрехт и получил приглашение на собеседование. В течение оставшейся части весеннего семестра он перестал посещать занятия в Амстердаме и несколько раз навещал Уленбека в его лаборатории. Осенью 1938 года Пайс поступил в аспирантуру Утрехтского университета. Однако Уленбек в этот период был приглашенным профессором в Колумбийском университете в Нью-Йорке. Он предоставил Пайсу возможность пользоваться своей лабораторией и список тем для изучения и работы. Вскоре Пайс познакомился с другими выдающимися голландскими физиками и областями исследований в экспериментальной физике. Он хорошо сблизился с Хендриком Антонием Крамерсом, профессором физики в Лейденском университете, который дважды в неделю читал лекции в Утрехте по квантовой физике. Когда Уленбек вернулся из Америки, он рассказал о встрече в Вашингтоне, округ Колумбия, где Нильс Бор и Энрико Ферми впервые публично объявили об открытии ядерного деления. Уленбек также сообщил, что летом 1939 года он покинет университет, чтобы занять должность профессора в Мичиганском университете в Анн-Арборе. Осенью 1939 года Пайс посвятил себя подготовке к получению степени магистра. Утрехтский экспериментальный физик Леонард Соломон Орнштейн оказывал ему руководство в его самостоятельных физических исследованиях. На него также повлияли дискуссии с Леоном Розенфельдом из Льежского университета, которого пригласили в Утрехт для проведения коллоквиума в поисках преемника Уленбека и который доложил о своей работе с Кристианом Мёллером над мезонной теорией ядерных сил. 22 апреля 1940 года Пайс успешно сдал экзамен на степень магистра. 7 мая голландский министр образования назначил Розенфельда преемником Уленбека в Утрехтском университете. 8 мая Пайс написал Розенфельду в Льеж, чтобы узнать, сможет ли он продолжить обучение под его руководством, если его назначение вступит в силу, и снова 9 мая поздравил его с назначением. 10 мая 1940 года Германия вторглась в Нидерланды, Бельгию и Люксембург, что на несколько месяцев прервало почтовую связь между Утрехтом и Льежем. После восстановления почтовой связи Пайс снова написал Розенфельду в Льеж. В то же время Пайс был назначен помощником Розенфельда. Кис ван Лиер, который был помощником Уленбека и должен был продолжить работу в качестве помощника Розенфельда, покончил жизнь самоубийством после немецкого вторжения. Розенфельд одобрил его назначение и прибыл в Утрехт в сентябре 1940 года, и Пайс начал работу над докторской диссертацией. Розенфельд предложил, чтобы для своей диссертации Пайс сформулировал мезонную теорию Розенфельда и Мёллера в терминах пятимерного пространства, известного как проективная теория относительности, а затем использовал эту теорию для расчета вероятности распада дейтронов при облучении энергичными фотонами. Пайс приступил к изучению проективной теории относительности, теорий мезонов и ядерной физики, связанной с дейтроном. В ноябре 1940 года немецкие власти издали указ, запрещающий евреям занимать любые должности на государственной службе, включая академические должности. Поэтому Пайс потерял должность ассистента профессора, хотя Розенфельд тайно договорился о том, чтобы его преемник неофициально делился обязанностями и зарплатой с Пайсом. Однако профессор Леонард Орнштейн лишился руководства лабораторией и доступа к ней и умер сломленным человеком 20 мая 1941 года. Последующий немецкий указ предписывал, что ученые степени доктора не могут быть выданы евреям после 14 июня 1941 года. Пайс лихорадочно работал над завершением диссертации и выполнением других требований для получения докторской степени. Он получил докторскую степень по теоретической физике 9 июня, всего за пять дней до истечения срока. Его диссертация стала последней, выданной голландскому еврею до окончания войны.

In the fall of 1935 Pais began his studies at the University of Amsterdam without a clear idea regarding his desired career. With an interest in the exact sciences, he gradually gravitated to chemistry and physics as major subjects, and mathematics and astronomy as minor subjects. In the winter of 1936/1937 his career goals were defined by two guest lectures by George Uhlenbeck, professor of theoretical physics at University of Utrecht. Pais was fascinated by Uhlenbeck's discussion of Enrico Fermi's incorporation of the neutrino into the theory of beta radiation. On February 16, 1938, Pais was awarded two Bachelor of Science degrees in physics and mathematics, with minors in chemistry and astronomy. He began attending graduate courses in Amsterdam, including those in physics. He soon became disappointed by the only professor there in theoretical physics, Johannes Diderik van der Waals Jr. (the son of the 1910 Nobel laureate Johannes Diderik van der Waals), whom he found dull and averse to the new developments in physics. Pais soon wrote to Uhlenbeck at Utrecht and was granted an interview. During the remainder of the spring term he discontinued attending classes in Amsterdam and made several trips to visit Uhlenbeck in his laboratory. In the fall of 1938 Pais enrolled for graduate classes at University of Utrecht. Uhlenbeck, however, spent that term as a visiting professor at Columbia University in New York City. He left Pais with the use of his laboratory and a list of topics to study and work on. Pais was soon exposed to other prominent Dutch physicists and areas of research in experimental physics. He became well acquainted with Hendrik Anthony Kramers, a physics professor at Leiden University who lectured at Utrecht twice a week on quantum physics. When Uhlenbeck returned from America, he brought news of a meeting he had attended in Washington, D. C., in which Niels Bohr and Enrico Fermi had first made public their news about nuclear fission. Uhlenbeck also announced that he would be leaving in the summer of 1939 for a professorship at University of Michigan, Ann Arbor. In the fall of 1939 Pais dedicated himself to preparing for his master's degree. Utrecht experimental physicist Leonard Salomon Ornstein provided him guidance in his independent physics studies. He was also influenced then by discussions with Léon Rosenfeld of the University of Liège, who was invited to Utrecht to give a colloquium in an effort to find a successor for Uhlenbeck and reported on the work he was then doing with Christian Møller on the meson theory of nuclear forces. Pais successfully passed the examination for his master's degree on April 22, 1940. On May 7 the Dutch minister of education appointed Rosenfeld to succeed Uhlenbeck at the University of Utrecht. On May 8 Pais wrote to Rosenfeld at Liège to ask if he might continue his studies under him if his appointment came through, and again on May 9 to congratulate him on his appointment. On May 10, 1940, the Germans invaded the Netherlands, Belgium, and Luxembourg, disrupting the mail between Utrecht and Liège for months. After mail service was restored, Pais again wrote to Rosenfeld in Liège. In the meantime Pais had been appointed as Rosenfeld's assistant — Kees van Lier, who had been Uhlenbeck's assistant and was to continue as such under Rosenfeld, had committed suicide following the German invasion. Rosenfeld approved of his appointment and arrived at Utrecht in September 1940 and Pais began working on his doctoral dissertation. Rosenfeld proposed that for his thesis Pais should formulate Rosenfeld and Møller's meson theory in terms of the five dimensional space known as projective relativity theory, and then to use this theory to calculate the probability for the disintegration of deuterons when irradiated by energetic photons. Pais set to work studying projective relativity, meson theories, and nuclear physics related to the deuteron. In November 1940 the German authorities issued a decree banning Jews from all civil service positions, including academic posts. Pais therefore lost his assistant professorship, though Rosenfeld secretly arranged for his successor to unofficially share the responsibilities and salary of the position with Pais. Professor Leonard Ornstein, however, lost his directorship of and access to the laboratory and died a broken man on May 20, 1941. A subsequent German decree ordered that doctorate degrees could not be issued to Jews after June 14, 1941. Pais worked feverishly to complete his dissertation and meet other requirements for his doctorate. He obtained his doctoral degree in theoretical physics on June 9, just five days before the deadline. His was the last Ph. D. issued to a Dutch Jew until after the war.

Немецкая оккупация

В студенческие годы Пайс участвовал в сионистском движении, благодаря чему он познакомился с Трушей (Тирса) ван Амероген и Тиной (Тинэке) Стробос и завязал близкую дружбу с этими двумя женщинами и их семьями. Немцы начали постепенно ограничивать деятельность голландских евреев и в начале 1942 года потребовали, чтобы они носили жёлтые звезды. Поначалу Пайс чувствовал себя в безопасности, поскольку его прежний университетский статус освобождал его от отправки в трудовой лагерь. Однако в начале 1943 года голландский генеральный секретарь внутренних дел Фредерикс организовал отправку евреев из университета в Барневельд, в замок, для их же безопасности. Пайс не поверил этому и вместо этого ушёл в подполье. Те, кто прибыл в Барневельд, позже были отправлены в концентрационный лагерь Терезиенштадт, где большинство из них выжили. Его подруга и некоторое время невеста Тина Стробос не была еврейкой и, следовательно, не подвергалась таким ограничениям и угрозе заключения. Она организовала укрытия для Пайса и других евреев в Амстердаме. Когда немцы начали загонять голландских евреев в гетто в старом еврейском квартале Амстердама, его сестра Энни и её муж Германн подчинились. Тина нашла им место, где можно было спрятаться, но, несмотря на настоятельные просьбы Пайса воспользоваться им, они не сочли это необходимым. Позже Энни была убита в лагере смерти Собибор. Тина нашла убежище для родителей Пайса на ферме недалеко от Амстердама, где они пережили войну. Она также служила курьером между Пайсом и его родителями во время войны, хотя ни один из них не знал точного местонахождения другого. Его последнее укрытие находилось в квартире с другом по университету Львом Нордхеймом, его женой Жанной и её сестрой Трушей ван Амероген. В период укрытия он поддерживал связь с научным сообществом благодаря визитам к нему Хендрика Энтони Крамерса и Ламбертуса Бройера. Жанна и Труша были светловолосыми и голубоглазыми и выходили в свет, выдавая себя за неевреек, в то время как Лев и Пайс прятались в квартире. Однако в марте 1945 года их предали, и все четверо были арестованы. В ту же неделю американцы форсировали Рейн и перерезали железнодорожные пути, что сделало невозможным их отправку в концентрационный лагерь. Женщины вскоре были освобождены. После месяца допросов гестапо Пайс был освобождён за несколько дней до окончания войны. Нордхейм был казнён за десять дней до окончания войны.

During his student years Pais had been involved in the Zionist movement, through which he became acquainted with Trusha (Tirtsah) van Amerongen and Tina (Tineke) Strobos, and developed a close friendship with these two women and their families. The Germans began to gradually restrict the activities of the Dutch Jews and in early 1942 required them to wear yellow stars. At first Pais felt safe because his former university status exempted him from being sent to a labor camp. In early 1943, however, the Dutch secretary general of internal affairs, Frederiks, made arrangements for the university Jews to report to Barneveld for their own safety, where they would be housed in a chateau. Pais did not trust that and instead went into hiding. Those who reported to Barneveld were later sent to the Theresienstadt concentration camp where most of them did survive. His friend and for a time fiancee Tina Strobos was not Jewish and thus was freer of restrictions and threat of incarceration. She arranged hiding places for Pais and other Jews in Amsterdam. When the Germans began forcing the Dutch Jews into a ghetto in the old Jewish quarter of Amsterdam, his sister Annie and her husband Hermann complied. Tina found them a place to hide, but despite Pais's urgent pleas for them to take advantage of it, they did not think it necessary. Annie was later killed at the Sobibór extermination camp. Tina had found refuge for Pais's parents on a farm outside Amsterdam where they survived the war. She also acted as a courier between Pais and his parents during the war, though neither knew of the other's specific location. His last hiding place was in an apartment with his university friend Lion Nordheim, his wife Jeanne, and her sister Trusha van Amerongen. In the course of his hiding he kept in touch with the scientific community through visits at his hiding place by Hendrik Anthony Kramers and Lambertus Broer. Jeanne and Trusha had blond hair and blue eyes and ventured out in public as non Jews, while Lion and Pais hid in the apartment. In March 1945, however, they were betrayed and all four were arrested. The same week the Americans had crossed the Rhine and cut the rail lines, making impossible their transfer to a concentration camp. The women were soon released. After a month of interrogation by the Gestapo, Pais was released several days before the end of the war. Nordheim was executed ten days before the end of the war.

Карьера в физике частиц

Во время Второй мировой войны докторская диссертация Пейса привлекла внимание Нильса Бора, который пригласил его в Данию в качестве своего ассистента. Пейсу пришлось скрываться, прежде чем он смог покинуть Нидерланды. В 1946 году, после окончания войны, Пейс смог принять это приглашение и в течение года служил личным помощником Бора в его загородном доме в Тисвилде. В 1947 году он принял должность в Институте перспективных исследований в Соединенных Штатах и стал коллегой Альберта Эйнштейна. В 1949 году он был избран членом-корреспондентом Королевской Нидерландской академии искусств и наук. В течение следующих 25 лет он занимался теорией элементарных частиц, уделяя особое внимание квантовой теории поля и симметрии. Среди его значительных технических вкладов – точное определение G-чётности совместно с Ресом Йостом и его исследование нарушения симметрии SU(6). Он наиболее известен двумя концепциями, которые непосредственно способствовали важным прорывам в его области. Первая – идея «ассоциированного производства» для объяснения загадочных свойств странных частиц. Его идеи и идеи Мюррея Гелл-Манна привели к введению квантового числа, получившего название «странность». Вторая концепция – теория Пейса и Гелл-Манна относительно состава нейтральных каонов, согласно которой наблюдаемые состояния представляли собой смешение частиц и античастиц с разным временем жизни; это было экспериментально подтверждено в следующем году Ледерманом и его коллегами. В 1956 году Пейс получил гражданство США. В 1962 году Пейс был избран в Национальную академию наук. В 1963 году Пейс принял предложение возглавить группу теоретической физики в Рокфеллеровском университете, в период его трансформации из медицинского института в университет. Он завершил свою карьеру там в качестве профессора-эмеритуса имени Детлева В. Бронка. В 1972 году Пейс был избран в Американскую академию искусств и наук. В 1979 году Пейс был удостоен Мемориальной премии имени Дж. Роберта Оппенгеймера. В 1984 году Пейс был избран в Американское философское общество.

During World War II, Pais's doctoral dissertation had attracted the attention of Niels Bohr, who invited him to come to Denmark as his assistant. Pais was forced into hiding before he could leave the Netherlands. In 1946, following the war, Pais was able to accept that invitation and served as a personal assistant to Bohr at his country home in Tisvilde for a year. In 1947 he accepted a position at the Institute for Advanced Study in the United States and thus became a colleague of Albert Einstein. In 1949 he became corresponding member of the Royal Netherlands Academy of Arts and Sciences. For the next 25 years he worked on elementary particle theory with a primary interest in quantum field theory and symmetry. The technical contributions for which he is recognized include a precise definition of G parity with Res Jost, and his treatment of SU(6) symmetry breaking. He is primarily associated with two concepts that directly contributed to major breakthroughs in his field. The first was the idea of "associated production" to explain the puzzling properties of strange particles. His ideas and those of Murray Gell Mann resulted in the idea of a quantum number called strangeness. The second concept was Pais's and Gell Mann's theory regarding the composition of the neutral kaons, proposing that the observed states were admixtures of particles and antiparticles, having different lifetimes; this was experimentally confirmed in the following year by Lederman and collaborators. In 1956, Pais became a naturalized citizen of the United States. Pais was elected to the National Academy of Sciences in 1962. In 1963 Pais accepted a position at Rockefeller University to head the theoretical physics group while Rockefeller was in transition from being a medical institute to a university. He finished his career there as the Detlev W. Bronk professor emeritus. In 1972, Pais was elected to the American Academy of Arts and Sciences. In 1979, Pais was awarded the J. Robert Oppenheimer Memorial Prize. In 1984, Pais was elected to the American Philosophical Society.

Историк науки

В конце 1970-х годов Пайс заинтересовался документированием истории современной физики. Он считал, что находится в уникальном положении для этого, поскольку знал многих ключевых фигур и владел знанием языка, культуры и науки. Пайс наиболее известен, пожалуй, своей биографией Альберта Эйнштейна – «Тонкий Господь»: Наука и жизнь Альберта Эйнштейна, и ее дополняющим томом «Эйнштейн жил здесь» (Clarendon Press/Oxford University Press, 1994). «Тонкий Господь» получил Национальную книжную премию США в области науки в 1983 году. Это была премия за научную литературу в твердом переплете. С 1980 по 1983 год в истории Национальных книжных премий вручались двойные премии в большинстве категорий – за книги в твердом и мягком переплете, а также существовало несколько подкатегорий, включая общую научно-популярную литературу. Большинство лауреатов премии в мягком переплете были переизданиями, в том числе и премия 1983 года в области науки. Его книга «Внутренний мир: о материи и силах в физическом мире» (Clarendon Press/Oxford University Press, 1988) описывает события в физике за предыдущие 100 лет и пытается объяснить причины их наступления. В 1991 году он опубликовал книгу «Времена Нильса Бора: в физике, философии и политике» (Clarendon Press/Oxford University Press, 1991), посвященную жизни и научным достижениям Бора. В 1995 году он объединился с Лори М. Браун и сэром Брайаном Пиппардом для составления трехтомного сборника статей, отражающих научное и культурное развитие современной физики в XX веке («Физика двадцатого века», American Institute of Physics и Institute of Physics, Великобритания, 1995). В том же году Рокфеллеровский университет присудил ему премию Льюиса Томаса за научную литературу. «История двух континентов: жизнь физика в неспокойном мире» (Princeton University Press, 1997) – его автобиография, в которой он упоминает об «эзэмпластической силе воображения». Его книга «Гений науки: галерея портретов» (Oxford University Press, 2000) содержит биографии семнадцати выдающихся физиков, которых он знал лично: Нильса Бора, Макса Борна, Пола Дирака, Альберта Эйнштейна, Митчелла Файгенбаума, Реса Йоста, Оскара Кляйна, Ганса Крамерса, Цун-Дао Ли и Чен-Нин Янга, Джона фон Неймана, Вольфганга Паули, Исидора Айзека Раби, Роберта Сербера, Джорджа Уленбека, Виктора Фредерика Вайскопфа и Юджина Вигнера. Пайс работал над биографией Роберта Оппенгеймера в момент своей смерти. (Пайс был коллегой Оппенгеймера в Институте перспективных исследований.) Биографию завершил Роберт П. Крейз и опубликовал ее посмертно под названием «J. Robert Oppenheimer: A Life» (Oxford University Press, 2006). Это наиболее полная биография Оппенгеймера на сегодняшний день. Американское физическое общество ежегодно присуждает премию имени Абрахама Пайса за историю физики с 2005 года.

In the late 1970s Pais became interested in documenting the history of modern physics. He felt he was in a unique position to do so, having known many of the key people and with his knowledge of the language, culture, and science. Pais was perhaps best known for his biography of Albert Einstein, 'Subtle is the Lord ' : The Science and the Life of Albert Einstein, and its companion volume, Einstein Lived Here (Clarendon Press/Oxford University Press, 1994). "Subtle is the Lord—" won the 1983 U. S. National Book Award in Science. This was the award for hardcover Science. From 1980 to 1983 in National Book Awards history there were dual hardcover and paperback awards in most categories, and several nonfiction subcategories including General Nonfiction. Most of the paperback award winners were reprints, including the 1983 Science. His Inward Bound: Of matter and forces in the physical world (Clarendon Press/Oxford University Press, 1988) describes the events in physics during the preceding 100 years, and tries to explain why they happened as they did. In 1991 he published Niels Bohr's Times: In physics, philosophy, and polity (Clarendon Press/Oxford University Press, 1991) which describes the life and scientific contributions of Bohr. In 1995 he teamed with Laurie M. Brown and Sir Brian Pippard to compile a three volume reference collection of articles portraying the scientific and cultural development of modern physics in Twentieth Century Physics (American Institute of Physics and the Institute of Physics, U. K., 1995). That same year Rockefeller University awarded him the Lewis Thomas Prize for Writing about Science. A Tale of Two Continents: A physicist's life in a turbulent world (Princeton University Press, 1997) was his autobiography. It refers to the 'esemplastic power of the imagination'. His book The Genius of Science: A portrait gallery (Oxford University Press, 2000) contains biographies of seventeen distinguished physicists he had known personally: Niels Bohr, Max Born, Paul Dirac, Albert Einstein, Mitchell Feigenbaum, Res Jost, Oskar Klein, Hans Kramers, Tsung Dao Lee and Chen Ning Yang, John von Neumann, Wolfgang Pauli, Isidor Isaac Rabi, Robert Serber, George Uhlenbeck, Victor Frederick Weisskopf, and Eugene Wigner. Pais was working on a biography of Robert Oppenheimer at the time of his death. (Pais was a colleague of Oppenheimer's at the Institute for Advanced Studies.) The biography was finished by Robert P. Crease and published posthumously as J. Robert Oppenheimer: A Life (Oxford University Press, 2006). It is the most complete biography of Oppenheimer to date. The American Physical Society has awarded an Abraham Pais Prize for History of Physics annually since 2005.

Поздние годы

После выхода на пенсию Пейс и его третья жена Ида Николайзен проводили половину времени в Дании, где он работал в Институте Нильса Бора. Его сын Джош Пейс — американский актер. Его внук Зейн Пейс также актер. Пейс скончался от сердечной недостаточности в Копенгагене.

Некролог

Велтман обсуждал только исторические работы Пейса, а не его исследования в физике частиц. Далее – ссылка на тот же документ.