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汉斯·贝特

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汉斯·贝特
Hans Bethe
出生汉斯·阿尔布雷希特·贝特
(1906-07-02)1906年7月2日
德意志帝國斯特拉斯堡
逝世2005年3月6日(2005-03-06)（98歲）
美國纽约州伊萨卡
居住地美國
国籍德國
美國
母校法兰克福大学
慕尼黑大学
知名于核物理
恒星核合成
量子电动力学
贝特－索尔皮特方程
贝特公式
贝特－费曼公式（英语：Bethe–Feynman formula）
贝特晶格
贝特拟设（英语：Bethe ansatz）
奖项 诺贝尔物理学奖（1967年）
科学生涯
研究领域核物理
机构蒂宾根大学
康奈尔大学
曼彻斯特大学
博士導師阿诺·索末菲
博士生M.K. Sundaresan
杰弗里·戈德斯通
罗曼·贾基夫
罗伯特·马沙克
约翰·欧文 (物理学家)
戴维·索利斯
P. S. Epstein
戈登·肖（義大利語：Gordon Shaw）
R. Rajaraman
彼得·A·卡拉瑟斯
其他著名學生弗里曼·戴森
加塔克（英语：Ajoy Ghatak）
签名


汉斯·阿尔布雷希特·贝特（德語：Hans Albrecht Bethe，1906年7月2日—2005年3月6日），德国和美国犹太裔核物理学家，对于核物理、天体物理学、量子电动力学和固体物理学有很重要的贡献。他因恒星核合成理论研究成果获得1967年诺贝尔物理学奖。[1]

贝特在职业生涯的大部分时间里都是康奈尔大学的教授。他是秘密的洛斯阿拉莫斯实验室理论部门的负责人。他参与发明了贝特拟设（英语：Bethe ansatz）（1931年），发现了碳氮氧循环（1938年），计算了兰姆位移（1947年），证明了量子电动力学的可重整化。物理学家弗里曼·戴森称他为「20世纪最伟大的问题解决者」。[2]

早年

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贝特于1906年出生于德国斯特拉斯堡（二战后划归法国至今）。童年曾在法兰克福度过，因患肺结核在家自学。1924年进入法兰克福大学学习化学，后转入物理。1926年转入慕尼黑大学师从物理学家阿诺·索末菲学习理论物理学，1928年以电子在晶体中的衍射论文获得博士学位。[3][4]

早期工作

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获得博士学位后，贝特先后在法兰克福（马德隆）和斯图加特（埃瓦尔德）担任助理。在此期间他推导了带电粒子穿过物质时的能量损失公式——贝特公式。[5]1930年，他获得洛克菲勒奖学金赴剑桥大学（福勒）从事研究。1931年2月，他选择去了恩里科·费米在罗马的实验室。在罗马期间他发明了贝特拟设（英语：Bethe ansatz）——一种一维量子多体模型特征值与特征向量精确求解的方法。费米对待问题的严谨感影响了他自己以后的研究。[6]

贝特返回慕尼黑担任私人讲师，在此期间为《物理手册》撰写了关于氢和氦量子力学以及固体物理学的长篇综述文章。[7]1932年被聘为蒂宾根大学教授。1933年纳粹上台后，因《重设公职人员法》犹太人被解除公职，贝特因母亲是犹太人而被解聘。索末菲重新为他设立了奖学金名额，使他得以离开德国。[2]1933年至1934年，他在曼彻斯特（布拉格、派尔斯）从事研究。期间与希尔德·利维（Hilde Levi）订婚，后因纳粹迫害被迫解除婚约。[8]

美国的早期生涯

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1935年，贝特接受康奈尔大学的教职，来到美国。在康奈尔初期，他与贝彻（Robert Bacher）和利文斯顿（Milton Livingston）合作，在《现代物理评论》上发表了被后世称为「贝特圣经」的三篇长篇综述，系统总结了当时已知的全部核物理知识。[9]

1938年，贝特在华盛顿理论物理会议上发表了两项重大发现：与克里奇菲尔德合作的质子-质子链反应，以及独立的碳氮氧循环（CNO cycle）理论。[10]这两项工作解释了恒星如何在长时间内持续释放大量能量，构成了恒星核合成理论的基础。他因此获得1967年诺贝尔物理学奖。1939年与露丝·埃瓦尔德结婚。1941年加入美国国籍。[2]

曼哈顿计划

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二战期间，贝特先后参与了冲击波研究（泰勒）、装甲穿透研究，以及麻省理工学院辐射实验室（发明了Bethe-hole定向耦合器）。[11]1943年，奥本海默邀请他参与洛斯阿拉莫斯实验室的设计会议，随后任命他为理论部门（T Division）负责人。在此期间他提拔了年轻人理查德·费曼。[12]

贝特在洛斯阿拉莫斯负责计算临界质量、内爆流体力学以及核武器效率。他与费曼共同推导的爆炸效率公式后来被称为贝特-费曼公式。他成功解决了一系列关键理论难题，为原子弹的研制提供了理论指导。1945年7月，他参与了三位一体试验。[13]

氢弹与政治活动

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二战后，贝特起初反对氢弹的研发，曾希望证明其不可实现。朝鲜战争爆发后，他改变了立场，参与了氢弹的理论设计。他后来说乌拉姆是氢弹之父，泰勒是母亲，自己是助产士。[14]1954年，他在奥本海默安全听证会上为奥本海默作证，与泰勒产生分歧，两人的友谊因此破裂。[15]

贝特后来与爱因斯坦和原子科学家紧急委员会开展了反对核试验与核军备竞赛运动。他帮助说服肯尼迪和尼克松政府分别签署了1963年《部分禁止核试验条约》和1972年《反导条约》（SALT I）。[16]他晚年反对星球大战计划（SDI），并撰写文章分析切尔诺贝利核事故。[17]

后期研究工作

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兰姆位移

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1947年，贝特在参加谢尔特岛会议后，在从纽约前往斯克内克塔迪的火车上完成了兰姆位移的计算。这是第一个非相对论性计算，表明量子电动力学中的无穷大可以重整化。狄拉克称这是「数十年来物理学最重要的计算」。[18]这项工作开启了现代粒子物理学的时代。

核天体物理

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贝特的研究兴趣在晚年转向核物质理论、超新星、中子星和黑洞。他与杰拉尔德·布朗合作长达25年。1967年出现的著名的αβγ论文（阿尔弗-贝特-伽莫夫）中，伽莫夫未经贝特同意就加上了他的名字。[19]85岁时，他发表了关于太阳中微子问题（MSW效应）的论文。[20]90岁时，与布朗、基普·索恩合作发表了关于致密天体合并与LIGO的论文。[21]他的研究生涯横跨近七十年。

个人生活

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贝特与妻子露丝育有两个子女。他热爱远足（阿尔卑斯山、落基山脉），也喜欢集邮。2005年3月6日，他在伊萨卡因充血性心力衰竭去世，享年98岁。[22]2022年1月，他的家人将诺贝尔奖章捐赠给康奈尔大学。

荣誉

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  • 亨利·德雷珀奖章（1947年）
  • 马克斯·普朗克奖章（1955年）
  • 富兰克林奖章（1959年）
  • 爱丁顿奖章（1961年）
  • 恩里科·费米奖（1961年）
  • 诺贝尔物理学奖（1967年）
  • 国家科学奖章（1975年）
  • 布鲁斯奖章（2001年）

传记

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  • Bernstein, Jeremy. Hans Bethe, Prophet of Energy. New York: Basic Books. 1980. ISBN 978-0-465-02903-7. 
  • Schweber, Silvan S. Nuclear Forces: The Making of the Physicist Hans Bethe. Cambridge, Massachusetts: Harvard University Press. 2012. ISBN 978-0-674-06587-1. 
  • Hoddeson, L.; Henriksen, P. W.; Meade, R. A.; Westfall, C. Critical Assembly: A Technical History of Los Alamos. Cambridge University Press. 1993. ISBN 978-0-521-44132-2. 

參考資料

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  1. ^ Lee, S.; Brown, G. E. Hans Albrecht Bethe. 2 July 1906 -- 6 March 2005. Biographical Memoirs of Fellows of the Royal Society. 2007, 53: 1. doi:10.1098/rsbm.2007.0018. 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 Hans Bethe – Biography. Nobel Prize Official Site. 
  3. ^ Bernstein 1980，第13頁.
  4. ^ Schweber 2012，第93頁.
  5. ^ Bernstein 1980，第20頁.
  6. ^ Schweber 2012，第186頁.
  7. ^ Bethe, Hans. Quantum Mechanics of Hydrogen and Helium. Handbuch der Physik. 1933. 
  8. ^ Schweber 2012，第256頁.
  9. ^ Bethe, Hans; Bacher, R.; Livingston, M. Nuclear Physics. Reviews of Modern Physics. 1936–1937. 
  10. ^ Bethe, Hans. Energy Production in Stars. Physical Review. 1939, 55: 434. 
  11. ^ Bethe, Hans. A Small Double Slit Directional Coupler. MIT Radiation Laboratory Report. 1943. 
  12. ^ Hoddeson et al. 1993，第167頁.
  13. ^ Hoddeson et al. 1993，第235頁.
  14. ^ Bethe, Hans. The Road from Los Alamos. AIP. 1991: 30. 
  15. ^ Schweber 2012，第167頁.
  16. ^ Bethe, Hans. The Necessity of the Test Ban. Bull. Atomic Scientists. 1963. 
  17. ^ Bethe, Hans. The Chernobyl Accident. Scientific American. 1987. 
  18. ^ Bethe, Hans. The Electromagnetic Shift of Energy Levels. Physical Review. 1947, 72: 339. 
  19. ^ Bernstein 1980，第70頁.
  20. ^ Bethe, Hans. Solar Neutrinos. Physical Review Letters. 1991. 
  21. ^ Bethe, Hans; Brown, G. E.; Thorne, K. Merging Compact Objects. Astrophysical Journal. 1996. 
  22. ^ Hans Bethe, 98, Dies. The New York Times. 2005-03-08. 

外部链接

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