Ганс А́льбрехт Бете (; ; 2 липня 1906 — 6 березня 2005) — німецько-американський фізик-теоретик, лауреат Нобелівської премії з фізики 1967 року за роботу над теорією зоряного нуклеосинтезу. Заклав основи теорії протон-протонного ланцюжка і вуглецево-азотного циклу (циклу Бете) — основних джерел енергії зір. Зробив великий внесок у ядерну фізику, астрофізику, квантову електродинаміку та фізику твердого тіла.
Народився в Німеччині, але в роки націонал-соціалізму через єврейське походження був змушений емігрувати. Більшу частину кар'єри був професором Корнелльського університету в США. Під час Другої світової війни очолював теоретичний відділ американської секретної лабораторії в Лос-Аламосі, яка розробляла перші атомні бомби. Після війни відіграв важливу роль у розробці водневої бомби. Пізніше був активним борцем за обмеження ядерних випробувань і ядерних перегонів.
Біографія
Раннє життя Ганс Бете народився 2 липня 1906 року в Страсбурзі, який на той час був частиною німецької провінції Ельзас-Лотарингія. Він був єдиною дитиною Анни (уродженої Кун) і Альбрехта Бете, приват-доцента фізіології Страсбурзького університету. Хоча його мати, дочка професора Страсбурзького університету, мала єврейське походження, Бете виховувався протестантом, як і його батько, а пізніше став атеїстом.
1912 року його батько обійняв посаду професора та директора Інституту фізіології Кільського університету, і сім'я переїхала у квартиру директора інституту. Спочатку Ганс Бете навчався приватно у професійного вчителя в групі з восьми дітей. 1915 року сім'я знову переїхала, коли батько Бете очолив новий Інститут фізіології Франкфуртського університету.
Бете відвідував у Франкфурті. Він перервав навчання 1916 року, коли захворів на туберкульоз, і його відправили на лікування в Бад-Кройцнах. 1917 року він достатньо одужав, щоб почати відвідувати місцеву школу, а наступного року його відправили до приватної школи-інтернату . Протягом останніх трьох своїх шкільних років, з 1922 по 1924 рік, він знову відвідував гімназію Гете.
Склавши шкільні випускні іспити в 1924 році, Бете вступив до Франкфуртського університету. Він вирішив вивчати хімію. Викладання фізики у Франкфуртському університеті було посереднім. Також, хоча у Франкфурті були видатні математики, такі як Карл Зігель і , Бете не подобався їхній підхід до математики у відриві від інших наук. Бете виявився поганим експериментатором і навіть знищив свій лабораторний халат, проливши на нього сірчану кислоту. Однак він зацікавився фізикою, яку йому викладав доцент Вальтер Герлах. Герлах пішов з університету у 1925 році, і його замінив , який порадив Бете перейти до університету з кращою школою теоретичної фізики, наприклад, до Мюнхенського університету, де він міг би навчатися під керівництвом Арнольда Зоммерфельда.
Бете вступив до Мюнхенського університету у квітні 1926 року, його прийняв Зоммерфельд за рекомендацією Майснера. Зоммерфельд викладав поглиблений курс диференціальних рівнянь у фізиці, який сподобався Бете. Як відомий учений, Зоммерфельд часто отримував попередні примірники наукових статей, і виносив їх на обговорення на щотижневих вечірніх семінарах. Коли Бете приїхав в Мюнхен, Зоммерфельд щойно отримав статті Ервіна Шредінгера з хвильової механіки.
Як тему дисертації доктора філософії Зоммерфельд запропонував Бете дослідити дифракцію електронів у кристалах. За відправну точку він порадив взяти статтю 1914 року про рентгенівську дифракцію в кристалах. Пізніше Бете згадував, що він став надто амбітним, і в гонитві за більшою точністю його розрахунки невиправдано ускладнювалися.
Рання робота Після того як Бете здобув ступінь доктора філософії, Ервін Маделунг запропонував йому місце асистента у Франкфурті, і у вересні 1928 року Бете переїхав до свого батька, який нещодавно розлучився з його матір'ю. Його батько познайомився з Вірою Конгел на початку того ж року та одружився з нею в 1929 році. У них було двоє дітей: Доріс, 1933 року народження, і Клаус, 1934 року народження.
Бете не вважав роботу у Франкфурті достатньо заохочувальною, і 1929 року прийняв пропозицію Евальда перейти до у Штутгарті. Перебуваючи там, він написав статтю «Теорія проходження швидких корпускулярних променів крізь речовину». Починаючи з інтерпретації рівняння Шредінгера Макса Борна, Бете створив спрощену формулу для задач зіткнення за допомогою перетворення Фур'є, яка сьогодні знана як формула Бете — Блоха. 1930 року він скористався цією статтею, щоб зробити габілітацію.
У 1929 році Зоммерфельд рекомендував Бете здобути стипендію Фонду Рокфеллера. Це забезпечувало 150 доларів на місяць (близько 3000 доларів за цінами 2023 року) на навчання за кордоном. 1930 року Бете вирішив отримати докторську роботу постдока в Кавендіській лабораторії Кембридзького університету в Англії, де він працював під керівництвом Ральфа Фаулера. На прохання Патріка Блекетта, дослідника камер Вільсона, Бете створив релятивістську версію формули Бете.
Бете був відомий своїм почуттям гумору. Спільно з Ґвідо Беком і , двома іншими докторантами, він написав квазінаукову статтю «Про квантову теорію температури абсолютного нуля», де він обчислив константу тонкої структури за температури абсолютного нуля. Стаття висміювала певний клас робіт із теоретичної фізики того часу, які були суто спекулятивними та базувалися на хибних числових аргументах. Пізніше авторам цієї жартівливої статті довелось просити вибачення.
На другу половину своєї стипендії Бете вирішив поїхати в лабораторію Енріко Фермі в Римі в лютому 1931 року. Фермі справив на нього велике враження, і Бете шкодував, що не поїхав до Риму ще на першу половину стипендії. Бете розробив , — метод для знаходження точних розв'язків для власних значень і власних векторів певних одновимірних квантових моделей багатьох тіл. На Бете справили велике враження простота Фермі та строгість Зоммерфельда у підході до наукових задач, і ці якості сильно вплинули на його власні наукові дослідження.
Фонд Рокфеллера запропонував продовжити стипендію Бете, що дозволило йому повернутися до Італії в 1932 році. В проміжку Бете працював із Зоммерфельдом в Мюнхені як приват-доцент. Оскільки Бете вільно володів англійською, Зоммерфельд доручив йому керувати всіма своїми англомовними постдоками. Бете прийняв запрошення написати статтю для «Фізичного довідника» () про квантову механіку водню та гелію. Рецензуючи статтю десятиліттями пізніше, і Віктор Вайскопф відзначили, що вона була незвичайною за глибиною й широтою розгляду теми та потребувала лише незначного оновлення для видання 1959 року. Потім Зоммерфельд попросив Бете допомогти йому з довідниковою статтею про електрони в металах. Стаття охоплювала основи того, що зараз називається фізикою твердого тіла. Бете зайнявся зовсім новою для нього галуззю та представив чітке, послідовне та повне її висвітлення. Його робота над довідниковими статтями зайняла більшу частину його часу в Римі, але він також написав статтю разом з Фермі про іншу нову для себе область, квантову електродинаміку, описавши релятивістські взаємодії заряджених частинок.
У 1932 році Бете погодився на посаду доцента в Тюбінгенському університеті, де Ганс Гейгер був професором експериментальної фізики. Однак один із перших законів, прийнятих новим нацистським урядом, , привів до звільнення Бете з цієї державної посади через його єврейське походження. Гейгер відмовився допомогти, однак Зоммерфельд негайно повернув Бете його стипендію в Мюнхені. Зоммерфельд провів більшу частину літнього семестру 1933 року, шукаючи місця для своїх єврейських студентів і колег.
В 1933 році Бете залишив Німеччину й переїхав до Англії, куди його запросили на один рік на посаду лектора в Манчестерському університеті завдяки знайомству Зоммерфельда з Вільямом Бреггом. Бете переїхав до свого друга Рудольфа Паєрлса та дружини Паєрлса Генії. Пайєрлс теж був німецьким фізиком, якому заборонили обіймати академічні посади в Німеччині через єврейське походження. Завдяки родині Паєрлсів Бете мав з ким поговорити німецькою і поїсти звичну для себе їжу. Їхні стосунки були як професійними, так і особистими. Паєрлс пробудив у Бете інтерес до ядерної фізики. Після того, як Джеймс Чедвік і Моріс Ґолдгабер відкрили фотодезінтеграцію дейтерію, Чедвік закликав Бете та Паєрлса придумати теоретичне пояснення цього явища, і вони розв'язали цю задачу протягом чотиригодинної поїздки потягом із Кембриджа додому в Манчестер. У наступні роки Бете продовжив ці дослідження.
У 1933 році фізичний факультет Корнелльського університету шукав нового фізика-теоретика, і Ллойд Сміт рішуче рекомендував Бете. Його кандидатуру також підтримав Брегг, який у той час відвідував Корнелл. У серпні 1934 року Корнелл запропонував Бете посаду виконувача обов'язків асистуючого професора. Бете вже погодився на стипендію, щоб працювати з Невіллом Моттом в Бристольському університеті протягом семестру, але Корнелл погодився дозволити йому розпочати роботу навесні 1935 року. Перед від'їздом до США він у вересні 1934 року відвідав Інститут Нільса Бора в Копенгагені, де освідчився фізикині , і вона погодилася на одруження. Проти одруження виступила мати Бете, яка, попри єврейське походження, не хотіла, щоб її син одружився з єврейкою. За кілька днів до весілля, призначеного на грудень, Бете розірвав заручини. Нільс Бор і Джеймс Франк були настільки шоковані вчинком Бете, що його знову запросили до інституту аж після Другої світової війни.
США Бете прибув до Сполучених Штатів у лютому 1935 року та поступив на факультет Корнельського університету на зарплату в 3000 доларів. Призначення Бете було частиною цілеспрямованих зусиль нового керівника відділу фізики запровадити в університеті ядерну фізику. Гіббс найняв , який працював з Ернестом Лоуренсом, щоб побудувати у Корнелі циклотрон. Щоб завершити команду, Корнеллу потрібен був експериментатор, і, за порадою Бете та Лівінгстона, найняли . Бете отримав запити на відвідування Колумбійського університету від Ісидора Рабі, Принстонського університету від , Рочестерського університету від , Університету Пердью від , Університету Іллінойсу в Урбана-Шампейн від та Гарвардського університету від Джона ван Флека. Щоб Бете не переманили інші університети, Гіббс у 1936 році призначив його штатним асистуючим професором, запевнивши, що скоро він буде підвищений до професора.
Разом з Бахером і Лівінгстоном Бете опублікував серію з трьох статей, в яких підсумовувалася більшість того, що було відомо про ядерну фізику до того часу. Ці статті стали неофіційно знані як «Біблія Бете» і протягом багатьох років залишалися стандартним оглядом цієї теми. Бете запросили на посаду повного професора в Університеті Іллінойсу в Урбана-Шампейн, але Корнелл запропонував таку ж посаду та оклад в 6000 доларів. Бете писав матері:
17 березня 1938 року Бете взяв участь у четвертій щорічній Вашингтонській конференції з теоретичної фізики Інституту Карнегі та Університету Джорджа Вашингтона. Було лише 34 запрошених учасники, але серед них Грегорі Брейт, Субрахманян Чандрасекар, Георгій Гамов, Дональд Мензел, Джон фон Нейман, Бенгт Стремгрен, Едвард Теллер і . Спочатку Бете відхилив запрошення взяти участь, оскільки тема конференції, генерація зоряної енергії, його не цікавила, але Теллер переконав його поїхати. На конференції Стремгрен докладно розповів про температуру, густину і хімічний склад Сонця і закликав фізиків дати пояснення. Гамов і Вайцзеккер у статті 1937 року припустили, що енергія Сонця є результатом протон-протонного ланцюжка:
+ → + + Але це не пояснювало спостережуваних елементів, важчих за водень. До кінця конференції Бете, співпрацюючи з Чарльзом Крічфілдом, придумав низку наступних ядерних реакцій, які пояснювали, як світить Сонце: + → + + → + + → + + → 2