Cuộc gặp của tôi với Debye

43

Cuộc gặp của tôi với Debye
(nhân kỷ niệm 100 năm ngày sinh của Peter Debye)

Nhà vật lý và hóa học xuất sắc Peter Joseph Wilhelm Debye (1884-1966) được nhiều nhà vật lý biết đến với tư cách là tác giả của lý thuyết về nhiệt dung của chất rắn.

Vào đầu thế kỷ của chúng ta, việc phát triển một lý thuyết như vậy dường như là một vấn đề khó khăn. Thực tế là vào thế kỷ trước, một mô hình thú vị liên quan đến nhiệt dung đã được phát hiện. Nhiều phép đo đã chỉ ra rằng tích của nhiệt dung riêng và khối lượng mol của một chất là không đổi đối với tất cả các chất rắn, thực tế không phụ thuộc vào nhiệt độ và bằng khoảng 25,2 J/(mol K). Đây là định luật Dulong và Petit.

Vào đầu thế kỷ này, người ta đã chứng minh bằng thực nghiệm rằng ở nhiệt độ thấp, nhiệt dung của chất rắn giảm khi nhiệt độ giảm. Và nếu bạn vẽ một đường cong biểu thị sự phụ thuộc của nhiệt dung vào nhiệt độ, thì nó có xu hướng bằng 0 ở nhiệt độ không tuyệt đối. Không có lời giải thích thỏa đáng cho việc này.

Nhiều nhà khoa học đã cố gắng biểu diễn sự phụ thuộc nhiệt độ của nhiệt dung bằng công thức toán học. Nhưng ngoài những công thức thực nghiệm ít nhiều gần đúng, người tạo ra công thức không thể thu được gì cả. Lý thuyết thực sự đầu tiên về nhiệt dung của chất rắn được đưa ra bởi Einstein. Nó sử dụng ý tưởng của Planck rằng năng lượng của các nguyên tử thay đổi một cách rời rạc, bội số của hv, trong đó v là tần số dao động của các nguyên tử. Đầu tiên, Einstein đề xuất rằng tần số là như nhau đối với mọi nguyên tử (điều này thực tế không phải như vậy), và bằng cách tổng hợp, ông đã xây dựng các lý thuyết về nhiệt dung trong một nhóm so sánh gần đúng.

Tận dụng ý tưởng cơ bản tương tự của Planck, Debye đã tạo ra các lý thuyết vào năm 1912 trong đó tính đến việc các nguyên tử khác nhau dao động ở các tần số khác nhau. Lý thuyết này cho phép tính định luật Dulong và Petit ở nhiệt độ tương đối cao và rút ra sự phụ thuộc khá chính xác của nhiệt dung vào nhiệt độ ở nhiệt độ thấp. Theo dữ liệu đo, theo lý thuyết, công suất nhiệt tỷ lệ thuận với bậc ba của nhiệt độ tuyệt đối. Mối quan hệ này ngày nay được gọi là định luật nhiệt dung Debye.

Sau đó, người ta tính toán nhiệt độ nào được coi là cao và nhiệt độ nào được coi là thấp. Hóa ra đối với mỗi chất ở trạng thái rắn đều có một nhiệt độ đặc trưng - nhiệt độ Debye, trên nhiệt độ này có thể áp dụng lý thuyết cổ điển về nhiệt dung, và dưới nhiệt độ đó thì cần phải đưa ra lý thuyết lượng tử.

Đặc biệt, từ lý thuyết của Debye, cái nào nên được coi là cao và cái nào nên được coi là thấp. Hóa ra ở nhiệt độ thấp độ dẫn nhiệt của chất điện môi rắn sẽ tăng khi nhiệt độ giảm. Và điều này là đúng. Ví dụ, đối với kim cương, nhiệt độ Debye là khoảng 2000 ° C, nhiệt độ phòng của nó thấp và độ dẫn nhiệt rất cao - nó có thể so sánh với độ dẫn nhiệt của dây dẫn tốt (đồng).

Tên tuổi của Debye không chỉ gắn liền với lý thuyết nhiệt dung và tính dẫn nhiệt của chất rắn; đó là dấu hiệu của các nhà khoa học tham gia vào lĩnh vực từ tính, phân ly điện hóa, v.v. Với những thành tựu khoa học lớn, Debye đã được trao giải Nobel Hóa học năm 1936.

Tôi đã gặp được Debye vào năm 1928 tại Hội nghị các nhà vật lý toàn Liên minh, nơi có nhiều nhà khoa học nổi tiếng nước ngoài tham dự. Khi đó tôi còn là sinh viên, và đối với chúng tôi, Debye là một diễn viên đẳng cấp, vì việc nhìn thấy tên anh ấy thường xuyên là một sự kiện đối với tôi và các nhà vật lý trẻ khác.

Lúc đó Debye 44 tuổi. Khi báo cáo của anh ấy được công bố, một người đàn ông có thân hình lực lưỡng bước lên bục phát biểu, và chúng tôi đã chuẩn bị các điều kiện cho những cơn sấm sét. Hãy tưởng tượng sự ngạc nhiên của mọi người khi anh ấy bắt đầu nói với một giọng rất cao, gần giống như âm bổng.

Chúng tôi biết rõ Debye với tư cách là một nhà lý thuyết và biết rất ít về công việc thực nghiệm của anh ấy. Tại đại hội, người ta nói rằng khi một số vấn đề được thảo luận bên lề và các nhà lý thuyết quay sang Debye, Debye nói rằng ông là một nhà thực nghiệm và lý thuyết đó không phải là chuyên môn của ông. Và nếu những người thí nghiệm đến gần, Debye sẽ nói rằng anh ấy là một nhà lý thuyết. Tất nhiên, trên thực tế, anh ấy là cả hai.

Debye là một người đàn ông vui vẻ và hóm hỉnh. Chúng tôi rất ngạc nhiên khi anh ta nói đùa bắt đầu đánh nhau với nhà vật lý đồng hương Robert Pohl, một người cũng có thân hình lực lưỡng, và đã đánh bại anh ta.

Sau khi tốt nghiệp, các đại biểu nước ngoài về nước qua Batuti. Debye đi cùng chúng tôi đến Leningrad và nói rằng anh ấy thích ăn uống cùng sinh viên hơn là với các nhà khoa học. Chúng tôi đã đi trong phiên bản chung. Trên đường đi, Debye đã chiêu đãi chúng tôi rất nhiều câu chuyện từ cuộc đời của các nhà vật lý và của chính anh ấy. Nhân tiện, trên đường đi, anh ấy đã dạy chúng tôi tiếng Đức (Debye sinh ra ở Hà Lan, nhưng làm việc ở Đức) và chúng tôi đã dạy anh ấy tiếng Nga. Rõ ràng là anh ấy là một giáo viên giỏi hơn chúng tôi, vì chúng tôi hiểu anh ấy, nhưng thực tế anh ấy không hiểu chúng tôi.

Tôi gặp Debye lần thứ hai vào năm 1930, sau khi tốt nghiệp, họ được cử đến Đức và thăm Leippig, nơi Debye lúc đó đứng đầu khoa vật lý của trường đại học. Nhớ đến lần quen biết của chúng tôi, anh ấy vui vẻ chào đón tôi, chỉ cho tôi phòng thí nghiệm, mời tôi đến giảng bài và hội thảo. Tôi bị thuyết phục rằng phần lớn công việc thử nghiệm của Debye đều thiếu kỹ năng tuyệt vời và thiếu sót.

I. K. Kikopi