Введение

Джон Кларк Слейтер (22 декабря 1900 – 25 июля 1976) – американский физик, внесший значительный вклад в теорию электронной структуры атомов, молекул и твердых тел. Он также сделал важные открытия в области микроволновой электроники. Его научная автобиография и три интервью отражают его взгляды на научные исследования, образование и роль науки в обществе. Слейтер многократно номинировался на Нобелевскую премию как по физике, так и по химии, и в 1970 году был удостоен Национальной медали науки. В 1964 году Слейтер и его отец, которому на тот момент было 92 года и который много лет возглавлял кафедру английского языка в Рочестерском университете, были награждены почетными степенями этого университета. Имя Слейтера увековечено в терминах теории Бора — Крамерса — Слейтера, детерминанта Слейтера и орбитали Слейтера.

Ранние годы и образование

Отец Слейтера, родившийся в Вирджинии и получивший образование в Гарварде, стал заведующим кафедрой английского языка в Университете Рочестера, который также стал альма-матер Слейтера. В юности Слейтера интересовали механика, химия и электричество. Поступив в Университет Рочестера в 1917 году, он изучал физику, а на последнем курсе ассистировал в физической лаборатории и выполнил свое первое самостоятельное исследование для специальной дипломной работы – измерение зависимости интенсивности линий Балмера водорода от давления. Он был принят в аспирантуру Гарварда с возможностью выбора стипендии или должности ассистента. Он выбрал должность ассистента и работал под руководством Перси У. Бриджмана. Он посещал курсы Бриджмана по фундаментальной физике и познакомился с новой квантовой физикой благодаря курсам Э. К. Кембла. Он завершил работу над докторской диссертацией за три года, опубликовав в 1924 году статью «Сжимаемость галогенидов щелочных металлов», в которой были изложены результаты диссертационного исследования, выполненного под руководством Бриджмана. Его сердце лежало к теории, и его первой публикацией стала не докторская диссертация, а заметка (1924) в журнале Nature о радиации и атомах. Получив степень доктора философии, Слейтер получил стипендию Хамарда Шелдона для обучения в Европе. Он некоторое время провел в Кембридже (Англия), прежде чем отправиться в Копенгаген. Работа с Бором не принесла ему удовлетворения, поскольку он находил Бора властным и сожалел о том, что его имя связано с неудачной теорией Бора — Крамерса — Слейтера (BKS). У Слейтера уже была идея о том, что именно фотоны переносят энергию излучения. Как он вспоминает: «Бор был очень любезен, он пригласил меня на рождественский ужин, я рассказал ему о своих идеях [о фотонах], он счел их неплохими, но, как вы понимаете, они слишком конкретны. Мы не можем допустить такой точной сохранности. Мы не должны думать о фотонах слишком определенно. Таких фотонов у нас нет». Иными словами, он хотел сделать все максимально расплывчатым. Крамерс всегда был «человеком Бора» и хотел поступить точно так же. Он сказал: «Это хорошая идея, если мы немного ее изменим». Это был последний раз, когда я видел ее. Бор и Крамерс написали статью и предложили мне ее подписать. Письмо в Nature было первым абзацем из этой статьи, и они снова предложили мне подписать его, принять или отказаться. Это был мой опыт работы с господином Бором и господином Крамерсом. С тех пор ситуация сложилась весьма интересно: я оказался прав, а они – нет. Они не осознали этого, пока не появился господин Боте с экспериментом, доказавшим существование фотонов. Так я и не смог найти общий язык с Бором. Я мог бы найти его с Крамерсом, если бы не Бор, но Крамерс полностью играл по его правилам. Однако, имя Слейтера теперь было хорошо известно благодаря его связи с Бором. Вернувшись в Америку, Слейтер присоединился к физическому факультету Гарварда.

Председатель кафедры физики в МТИ

Когда он стал президентом MIT, Карл Комптон "привлекал" Слейтера к должности заведующего кафедрой физики. "Административная работа (кафедры) занимала много времени, больше, чем он (Слейтер) предпочитал бы. Джон был хорошим заведующим". Проследите рост и известность кафедры под руководством Слейтера до Второй мировой войны и ее вклад в оборону во время войны. Первые две цитаты взяты из глав, написанных Комптоном в последующих отчетах. Остальные цитаты взяты из разделов об кафедре, написанных Слейтером. Они включают утверждения, касающиеся политики в области физического образования и исследований в целом, и демонстрируют его глубокую приверженность обоим. 1930: "Выбор доктора Джона С. Слейтера в качестве главы (физической) кафедры укрепит работу с бакалаврами и аспирантами. Ограниченность пространства замедляла развитие аспирантуры. Общее число студентов бакалавриата – 53, аспирантов – 16." (с. 21)
1931: "Это был первый год работы кафедры под руководством ее нового заведующего, профессора Джона Слейтера. Активно исследуемые темы включают: спектроскопию, прикладную оптику, разряды электричества в газах, магнитооптические явления, исследования диэлектриков и различные аспекты современной и классической теоретической физики." (с. 42)
1932: В списке публикаций преподавателей MIT статьи 293–340 перечислены в разделе "Кафедра физики". (с. 206–208)
1933: "Лаборатория исследований Джорджа Истмана, в которую кафедра переехала в начале года, впервые предоставляет подходящее место для физических исследований в Институте". Слейтер отмечает, что о внешней оценке свидетельствует то, что обладатели шести национальных, международной и исследовательской стипендии Рокфеллера выбрали кафедру для работы. Слейтер описывает открытие лаборатории, проведение встреч Международного астрономического союза, Американского физического общества и конференции по спектроскопии и завершает: "В целом год прошел в удовлетворительных рабочих условиях после более сложного перехода в предыдущем году." (с. 96–98)
1934: "Были сделаны или запланированы несколько важных улучшений в обучении студентов бакалавриата". Среди "самых заметных событий" на кафедре "мы были хозяевами" встреч Национальной академии наук, Американской ассоциации содействия развитию науки, Американского физического общества и национальной конференции по спектроскопии, где "основной темой была связь с биологией и смежными областями". Достижения в исследованиях были достигнуты благодаря "необычным возможностям" на кафедре и включают работы Уоррена по структуре жидкостей, Мюллера по диэлектрическим свойствам, Стокбаргера по физике кристаллов, Харрисона по автоматизации спектроскопических измерений, Вулфа по сверхтонкой структуре, Бойса по спектрам туманностей, Ван дер Грааффа по высоким напряжениям и ядерным исследованиям, а также Страттона и Морзе по эллипсоидальным волновым функциям. (с. 104–106)
1935: Значительное внимание уделяется существенным улучшениям в обучении студентов бакалавриата. В обширных комментариях к исследованиям упоминается прибытие Робли Эванса и его работа в новой для кафедры области – радиоактивности, с особым вниманием к ядерной медицине. (с. 102–103)
1936: "Самым важным событием года на кафедре стало растущее признание значимости прикладной физики. В прошлом физики, как правило, интересовались только прямым развитием своей науки и пренебрегали ее применением". Слейтер подробно развивает эту тему и описывает действия, предпринятые в рамках бакалавриата, аспирантуры и преподавательской работы кафедры, а также на национальном уровне, для развития прикладной физики. Описание процветающих фундаментальных исследований охватывает десять различных областей, включая рост работы по радиоактивности. (с. 131–134)
1937–1941: Они продолжаются в том же духе. Но мировые события начинают оказывать влияние. В отчете за 1941 год говорится: "В рентгеновском отделении в качестве гостя побывала профессор Роуз К. Л. Муни из Ньюкомбского колледжа, которой война помешала проводить исследования в Европе по стипендии Гуггенхайма. Предположительно, в следующем году усилия будут значительно активизированы, хотя надеются, что это не слишком сильно повлияет на регулярные исследования и обучение." (с. 129)
1942: Это была совсем другая история. Усилия по обороне начали "требовать значительного количества персонала, а также большой объем административной работы. С открытием Лаборатории радиации Комитета по исследованиям национальной обороны в Институте ряд сотрудников кафедры стали сотрудничать с этой лабораторией", за которым следовал список из более чем 10 старших преподавателей, а также несколько человек, перешедших на другие оборонные проекты. (с. 110–111)
1943–1945: Слейтер ушел с должности заведующего кафедрой, чтобы работать над важными темами в области радиолокации. Американское математическое общество избрало его лектором имени Джозайи Уилларда Гиббса на 1945 год. 1946: Слейтер вернулся на должность заведующего кафедрой. Он начинает свой отчет: "Год перестройки с войны на мир был одним из самых активных. Физика во время войны достигла важности, которой, вероятно, никогда не достигала ни одна другая наука. Институт, как ведущее техническое учреждение страны и, вероятно, мира, должен иметь физический факультет, не имеющий себе равных нигде." Он перечисляет планы по достижению этой цели, которые увеличивают его административную ответственность. (с. 133–143)
Создание межведомственных лабораторий путем реструктуризации существующих лабораторий, используя в качестве модели преобразование Лаборатории радиации в Исследовательскую лабораторию электроники (RLE) Джулиусом Страттоном и Альбертом Хиллом. Финансирование ассистентов и содействие формированию роли государственного финансирования в беспрецедентном масштабе. Контроль за Радиоактивным центром Робли Эванса (включающим циклотрон) и Высоковольтной лабораторией Ван дер Грааффа. Привлечение физиков, знакомых с Манхэттенским проектом, для создания Лаборатории ядерной науки и техники. Ею руководил Джерольд Захариас. В ее первые ряды вошли Бруно Росси и Виктор Вайскопф. Создание Акустической лаборатории под руководством Ричарда Болта и Спектроскопической лаборатории под руководством химика Ричарда Лорда. 1947: С набором персонала и строительством лабораторий, которые идут полным ходом, Слейтер начинает: "Год на физическом факультете, как и во всем Институте, был посвящен началу масштабного обучения вернувшихся ветеранов и других студентов, чья учеба была прервана войной." Он продолжает обсуждать потребности студентов во всем Институте в курсах и лабораториях по физике, с особым упоминанием о росте электроники и ядерной науки, и кратко сообщает о развитии, последовавшем за его предыдущим отчетом. (с. 139–141)
1948: Слейтер начинает: "Текущий год – первый с начала войны, когда кафедра приблизилась к нормальной работе. Никаких новых крупных проектов или изменений в политике не было введено." Но кафедра, которую он создал, сильно отличается от той, с которой он начал. Было выдано 16 магистерских и 47 докторских степеней. Двадцать пять докторов наук получили должности в MIT и других университетах. Исследования процветали, и многие ученые посещали европейские и другие университеты США. (с. 141–143)
1949: Новая "нормальность" продолжалась. "Возвращение к устойчивому послевоенному состоянию продолжалось без каких-либо необычных событий." Учебный план для аспирантов был пересмотрен и расширены исследования в области криогеники. Продолжающийся рост штата, исследовательских грантов, контактов с промышленностью и объема публикаций рассматриваются как вопросы преемственности, признавая в конце, что...

Дальнейшая деятельность Слейтера в МТИ в это время

В 1962 году в докладе президента Джей Страттон писал (на стр. 17): «Комитет преподавателей под председательством профессора Джона С. Слейтера взял на себя основную ответственность за планирование помещений в новом Центре материалов. В их числе – новая совместная вычислительная лаборатория, завершенная в этом году и оснащенная компьютером I.B.M. 709». Центр был создан в соответствии с планами Слейтера. Он «поддерживал исследования и преподавание в области металлургии и материаловедения, электротехники, физики, химии и химической инженерии», но в том же году штат CMSE насчитывал 55 профессоров и 179 аспирантов, возглавляемых Слейтером, Костером, Вудом и Барнеттом, (2) группу специалистов по автоматизированному проектированию в составе Росса, Кунса и Манна, (3) членов Лаборатории ядерных наук, (4) Чарни и Филлипса, занимавшихся теоретической метеорологией, и (5) Симпсона и Мэддена, работавших в области геофизики (из доклада президента за 1964 год, стр. 336–337). Слейтер умер на острове Саннибель-Айленд во Флориде в 1976 году.

Как педагог и консультант

Забота Слейтера о других людях иллюстрируется диалогом, который приводит Ричард Фейнман. Это произошло в конце обучения Фейнмана в бакалавриате в MIT, когда он хотел остаться для получения степени доктора философии. "Когда я пришел к профессору Слейтеру и сообщил ему о своих намерениях, он сказал: «Мы не хотим, чтобы вы здесь учились». – «Что?» – спросил я. Слейтер ответил: «Почему ты считаешь, что должен поступать в аспирантуру в MIT?» – «Потому что это лучшая школа в стране для изучения науки». – «Вот почему тебе следует пойти в другую школу. Тебе нужно узнать, как устроен мир за пределами этого места». Так я и поступил в Принстон. Слейтер был прав. И я часто даю своим студентам тот же совет: узнайте, как выглядит остальной мир. Это разнообразие того стоит."

Резюме

Из мемуаров Филиппа Морса: "Он внес значительный вклад в начало квантовой революции в физике, будучи одним из очень немногих американских физиков, прошедших обучение в США, кто это сделал. Его особенность заключалась в том, что он продолжал исследовать атомную, молекулярную и физику твердого тела, в то время как многих его коллег война вынудила или новизна соблазнила переключиться на изучение ядерной физики". Можно сказать, что вклад Джона С. Слейтера и его учеников в SSMTG и Проект квантовой теории заложил основы приближения теории функциональной плотности в квантовой теории. Работы Слейтера были переданы его вдовой, Роуз Муни Слейтер, в Американское философское общество в 1980 и 1982 годах. В августе 2003 года Альфред Свитендик передал в дар коллекцию ежеквартальных отчетов Группы теории твердого тела и молекулярной теории MIT (SSMTG) за период с 1951 по 1965 год.