Фриц Цвикки - Fritz Zwicky

Фриц Цвикки
ETH-BIB-Zwicky, Fritz (1898-1974) -Portr 01030.tif
Цвикки в 1947 году
Родился 14 февраля 1898 г.
Умер 8 февраля 1974 г. (1974-02-08)(75 лет)
Гражданство Швейцарский
Альма-матер Швейцарский федеральный политехнический институт
Известен Темная материя , сверхновые , галактики как гравитационные линзы , нейтронные звезды
Награды Президентская медаль свободы (1949 г.),
Золотая медаль Королевского астрономического общества (1972 г.)
Научная карьера
Поля Астрономия
Учреждения Калифорнийский технологический институт
Докторант Питер Дебай и Пол Шеррер

Фриц Цвикки ( / T сек v ɪ K I / ; немецкий: [tsvɪki] ; 14 февраля 1898 г. - 8 февраля, 1974) был швейцарский астроном . Большую часть своей жизни он проработал в Калифорнийском технологическом институте в Соединенных Штатах Америки , где внес важный вклад в теоретическую и наблюдательную астрономию. В 1933 году Цвикки первым применил теорему вириала, чтобы сделать вывод о существовании невидимой темной материи , описав ее как « dunkle (kalte) Materie ».

биография

Фриц Цвицки родился в Варне , Болгария , в семье швейцарца и чешки. Его отец, Фридолин (р. 1868), был крупным промышленником в болгарском городе, а также служил послом Норвегии в Варне (1908–1933). Отец Фридолин спроектировал и построил Цвицкий дом для своей семьи в Варне. Мать Фрица, Франциска Врчек (р. 1871), была этнической чешкой из Австро-Венгерской империи . Фриц был старшим из троих детей в семье Цвикки: у него был младший брат по имени Рудольф и сестра Леони. Мать Фрица умерла в Варне в 1927 году. Его отец Фридолин жил и работал в Болгарии до 1945 года, после Второй мировой войны , когда он вернулся в Швейцарию. Сестра Фрица Леони вышла замуж за болгарина из Варны и всю жизнь прожила в городе.

В 1904 году, в возрасте шести лет, Фриц был отправлен к бабушке и дедушке по отцовской линии в кантон Гларус , Швейцария, в кантон предков , чтобы изучать торговлю. Его интересы переместились в математику и физику. Он получил высшее образование в области математики и экспериментальной физики в Швейцарском федеральном политехническом институте (ныне ETH Zurich) в Цюрихе .

В 1925 году Цвикки эмигрировал в Соединенные Штаты, чтобы работать с Робертом Милликеном в Калифорнийском технологическом институте (Калифорнийский технологический институт) после получения «международной стипендии от Фонда Рокфеллера». У него был офис в коридоре от Роберта Оппенгеймера .

Немецкий коллега Вальтер Бааде утверждает, что Цвикки обвиняет его в том , что он нацист , и ложно инсценировал жалобы на то, что он «боялся» Цвикки. Публике было неизвестно, что Бааде был напуган, потому что он назвал галактику в честь себя, которую открыл Цвикки. Эдвин Хаббл исправил эту несправедливость, и галактика была занесена в каталог как галактика Цвикки.

Цвикки разработал множество космологических теорий, оказавших глубокое влияние на понимание нашей Вселенной в начале 21 века. Он ввел термин «сверхновая», поддерживая концепцию нейтронных звезд. Прошло пять лет, прежде чем Оппенгеймер опубликовал свою знаменательную статью, объявившую о «нейтронных звездах».

Цвикки был назначен профессором астрономии в Калифорнийском технологическом институте в 1942 году. Он также работал научным директором / консультантом в Aerojet Engineering Corporation (1943–1961) и большую часть своей карьеры был сотрудником обсерватории Маунт Вильсон и Паломарской обсерватории . Он разработал одни из самых первых реактивных двигателей и имеет более 50 патентов, многие из которых относятся к реактивным двигателям. Он изобрел подводную струю.

Личная жизнь

В апреле 1932 года Фриц Цвикки женился на Дороти Вернон Гейтс (1904–1991), члене известной местной семьи и дочери сенатора штата Калифорния Эгберта Гейтса . Ее деньги сыграли важную роль в финансировании Паломарской обсерватории во время Великой депрессии . Николас Рузвельт , двоюродный брат президента Теодора Рузвельта, был его зятем по браку с Тирцой Гейтс. Цвикки и Дороти мирно развелись в 1941 году.

В 1947 году Цвикки женился в Швейцарии на Анне Маргарите Цюрхер. У них было три дочери: Маргрит, Франциска и Барбарина. В музее Цвикки в Landesbibliothek, Glarus , хранятся многие его статьи и научные работы. Цвикки умер в Пасадене, Калифорния, 8 февраля 1974 года и был похоронен в Моллисе , Швейцария.

Цвикки был атеистом .

Его помнят и как гения, и как скрягу . Одним из его любимых оскорблений было называть людей, которых он не любил, «сферическими ублюдками», потому что, как он объяснил, они были ублюдками, независимо от того, как на них смотреть.

Наследие

Фриц Цвикки Stiftung (Фонд) был создан в Швейцарии для осуществления его идей , связанных с « морфологическим анализом ». Фонд опубликовал на английском языке биографию Цвикки: Альфред Штёкли и Роланд Мюллер: Фриц Цвикки - выдающийся астрофизик . Кембридж: Cambridge Scientific Publishers, 2011. Обзор книги доступен на сайте Acta Morphologica Generalis .

Научная работа

Мемориальная доска на доме в Варне, где родился Цвицкий. Явно упоминается его вклад в понимание нейтронных звезд и темной материи.

Фриц Цвикки был плодовитым ученым и внес важный вклад во многие области астрономии.

Ионные кристаллы и электролиты

Его первые научные работы относились к ионным кристаллам и электролитам .

Сверхновые и нейтронные звезды

Вместе со своим коллегой Вальтером Бааде Цвикки разработал и продвигал использование первых телескопов Шмидта, которые использовались в обсерватории на вершине горы в 1935 году. В 1934 году он и Бааде придумали термин « сверхновая » и выдвинули гипотезу, что сверхновые были переходом нормальных звезд в нейтронные. звезды , а также происхождение космических лучей . Это было мнение, которое впоследствии способствовало определению размера и возраста Вселенной.

В поддержку этой гипотезы Цвикки начал поиск сверхновых и обнаружил в общей сложности 120 сверхновых (и еще один, SN 1963J , совместно с Полом Уайлдом ) за 52 года (от SN 1921B до SN 1973K ), рекорд, который держался до тех пор, пока 2009 год, когда прошел Том Болес. Цвикки проделал свою кропотливую работу, сравнивая фотопластинки с человеческим глазом, что было намного сложнее и труднее, чем Боулс сделал с использованием современных технологий для своей записи.

Гравитационные линзы

В 1937 году Цвикки предположил, что галактики могут действовать как гравитационные линзы благодаря ранее обнаруженному эффекту Эйнштейна. Только в 1979 году этот эффект был подтвержден наблюдением так называемого «квазара-близнеца» Q0957 + 561 .

Темная материя

Изучая скопление галактик Кома в 1933 году, Цвикки первым применил теорему вириала, чтобы обнаружить существование гравитационной аномалии, которую он назвал dunkle (kalte) Materie « темной материей ». Гравитационная аномалия всплыла из-за чрезмерной скорости вращения светящегося вещества по сравнению с рассчитанным гравитационным притяжением внутри скопления. Он вычислил гравитационную массу галактик в скоплении по наблюдаемым скоростям вращения и получил значение, по крайней мере в 400 раз превышающее ожидаемое, исходя из их светимости. Тот же самый расчет сегодня показывает меньший коэффициент, основанный на больших значениях массы светящегося материала; но все же ясно, что подавляющее большинство материи правильно считалось темной.

Усталый свет

Когда Эдвин Хаббл обнаружил несколько линейную зависимость между расстоянием до галактики и ее красным смещением, выраженным как скорость, Цвикки сразу же указал, что корреляция между рассчитанными расстояниями галактик и их красными смещениями имеет слишком большое расхождение, чтобы уместиться в пределах погрешности расстояния. . Он предположил, что эффект покраснения был вызван не движением галактики, а неизвестным явлением, которое заставляло фотоны терять энергию при перемещении в космосе. Он считал, что наиболее вероятным кандидатом является эффект увлечения, при котором фотоны передают импульс окружающим массам посредством гравитационных взаимодействий; и предложил попытаться поставить этот эффект на прочную теоретическую основу с помощью общей теории относительности. Он также рассмотрел и отверг объяснения, связанные с взаимодействием со свободными электронами или расширением пространства.

Цвикки скептически относился к расширению космоса в 1929 году, потому что измеренные в то время скорости казались слишком большими. Только в 1956 году Вальтер Бааде скорректировал шкалу расстояний на основе переменных звезд цефеид и ввел первые точные измерения скорости расширения. Космологическое красное смещение теперь принято считать следствием расширения пространства ; особенность космологии Большого взрыва .

Морфологический анализ

Цвикки разработал обобщенную форму морфологического анализа , которая представляет собой метод систематического структурирования и исследования всего набора взаимосвязей, содержащихся в многомерных, обычно не поддающихся количественной оценке комплексах проблем. Он написал книгу на эту тему в 1969 году и утверждал, что он сделал многие из своих открытий, используя этот метод.

Каталог галактик и скоплений

Цвикки уделял много времени поиску галактик и составлению каталогов. С 1961 по 1968 год он и его коллеги опубликовали исчерпывающий шеститомный Каталог галактик и скоплений галактик . Все они были опубликованы в Пасадене Калифорнийским технологическим институтом.

  1. Zwicky, F .; Herzog, E .; Уайлд, П. (1961), Каталог галактик и скоплений галактик , 1 , Калифорнийский технологический институт , Bibcode : 1961cgcg.book ..... Z
  2. Zwicky, F .; Herzog, E .; Уайлд, П. (1963), Каталог галактик и скоплений галактик , 2 , Калифорнийский технологический институт , Bibcode : 1963cgcg.book ..... Z
  3. Zwicky, F .; Herzog, E .; Уайлд, П. (1966), Каталог галактик и скоплений галактик , 3 , Калифорнийский технологический институт , Bibcode : 1966cgcg.book ..... Z
  4. Zwicky, F .; Херцог Э., Каталог галактик и скоплений галактик , 4 , Калифорнийский технологический институт.
  5. Zwicky, F .; Карпович, М .; Ковал, CT (1965), Каталог галактик и скоплений галактик , 5 , Калифорнийский технологический институт , Bibcode : 1965cgcg.book ..... Z
  6. Zwicky, F .; Ковал, CT (1968), Каталог галактик и скоплений галактик , 6 , Калифорнийский технологический институт , Bibcode : 1968cgcg.bookR .... Z

Галактики в исходном каталоге называются галактиками Цвикки , и каталог все еще поддерживается и обновляется сегодня. Цвикки и его жена Маргарита также создали важный каталог компактных галактик, иногда называемый просто Красной книгой .

Zwicky, F .; Цвикки, Массачусетс (1971), "Каталог избранных компактных галактик и постэруптивных галактик", Guemligen: Zwicky , Bibcode : 1971cscg.book ..... Z

Оригинальный мыслитель

Цвикки был оригинальным мыслителем, и его современники часто не могли знать, какая из его идей будет работать, а какая нет. Оглядываясь назад на жизнь и творчество Цвикки, Стивен Маурер сказал:

Когда исследователи говорят о нейтронных звездах, темной материи и гравитационных линзах, все они начинают одинаково: «Цвикки заметил эту проблему в 1930-х годах. Тогда никто не слушал ...»

Он известен открытием нейтронных звезд. Он также предложил концепцию, которую он назвал ядерными гоблинами , которые он описал как «тело ядерной плотности ... стабильное только при достаточном внешнем давлении внутри массивной и плотной звезды». Он считал, что эти гоблины могут перемещаться внутри звезды и сильно взрываться, когда достигают менее плотных областей к поверхности звезды, и служат для объяснения эруптивных явлений, таких как вспышки звезд. Эта идея так и не прижилась.

Анекдот, который часто рассказывают о Цвикки, касается неформального эксперимента, чтобы увидеть, сможет ли он уменьшить проблемы с турбулентностью, мешающей сеансу наблюдений однажды ночью в обсерватории Маунт-Вильсон . Он сказал своему помощнику выстрелить из ружья через щель телескопа в надежде, что это поможет сгладить турбулентность. Никакого эффекта замечено не было, но это событие демонстрирует вид нестандартного мышления, которым был известен Цвикки.

В разговоре с докторантом Калифорнийского технологического института Фрэнком Малиной , который столкнулся с некоторыми трудностями при работе над диссертацией, касающейся характеристик кислородно-бензинового ракетного двигателя , Фриц Цвикки заявил, что инженер «должен понимать, что ракета не может работать в космосе, поскольку требует, чтобы атмосфера была нажмите, чтобы обеспечить толчок ". Позже Цвикки признал, что ошибался.

Он также очень гордился своей работой по созданию первых искусственных метеоров . Он поместил заряды взрывчатого вещества в носовой обтекатель ракеты V2 , который должен был взорваться на большой высоте и выстрелить металлическими крупинками с высокой скоростью через атмосферу. Первые попытки оказались неудачными, и Цвикки попытался повторить попытку с ракетой Aerobee . Его запросы были отклонены, пока Советский Союз не запустил Спутник-1 . Двенадцать дней спустя, 16 октября 1957 года, Цвикки начал свой эксперимент на Aerobee и успешно выпустил гранулы, видимые из обсерватории Маунт-Паломар . Считается, что одна из этих гранул, возможно, избежала гравитационного воздействия Земли и стала первым объектом, запущенным на солнечную орбиту.

Цвикки также рассматривал возможность перестроить Вселенную по своему вкусу. В лекции 1948 года он говорил об изменении планет или перемещении их в пределах Солнечной системы. В 1960-х он даже подумал о том, как можно было бы переместить всю солнечную систему, как гигантский космический корабль, к другим звездам. Он считал, что это может быть достигнуто путем запуска гранул в Солнце для получения асимметричных термоядерных взрывов, и таким образом он думал, что звезда Альфа Центавра может быть достигнута в течение 2500 лет.

Гуманитарный

Цвикки был щедрым гуманитарием, заботившимся о широких слоях общества. Эти две стороны его натуры сошлись после Второй мировой войны, когда Цвикки упорно трудился, собирая тонны книг по астрономии и другим темам и отправлял их в разрушенные войной научные библиотеки в Европе и Азии.

Он также имел давнюю связь с благотворительным фондом Песталоцци Америки, поддерживая детские дома. Цвикки получил золотую медаль в 1955 году в знак признания его заслуг.

Цвикки любил горы и был опытным альпинистом.

Он критиковал политическую позицию всех сторон на Ближнем Востоке и использование ядерного оружия во Второй мировой войне. Он считал, что надежда для мира возлагается на свободных людей доброй воли, которые работают вместе по мере необходимости, без институтов или постоянных организаций.

Почести

Публикации

За свою долгую карьеру Цвикки выпустил сотни публикаций, охватывающих широкий спектр тем. Эта краткая подборка с комментариями дает представление о его работе.

  • Цвикки, Ф. (октябрь 1929 г.), "О красном смещении спектральных линий в межзвездном пространстве", Труды Национальной академии наук , 15 (10): 773–779, Bibcode : 1929PNAS ... 15..773Z , DOI : 10.1073 / pnas.15.10.773 , PMC  522555 , PMID  16577237. В этой статье предлагается модель усталого света для объяснения закона Хаббла . ( полная статья )
  • Baade, W .; Цвикки, Ф. (1934), «О сверхновых», Труды Национальной академии наук , 20 (5): 254–259, Bibcode : 1934PNAS ... 20..254B , doi : 10.1073 / pnas.20.5 0,254 , PMC  1076395 , PMID  16587881, и Baade, W .; Цвикки, Ф. (1934), «Космические лучи от сверхновых», Труды Национальной академии наук , 20 (5): 259–263, Bibcode : 1934PNAS ... 20..259B , doi : 10.1073 / pnas .20.5.259 , PMC  1076396 , PMID  16587882. Эти последовательные статьи вводят понятия сверхновой и нейтронной звезды соответственно.
  • Цвикки, Ф. (ноябрь 1938 г.), «О коллапсирующих нейтронных звездах», Astrophysical Journal , 88 : 522–525, Bibcode : 1938ApJ .... 88..522Z , doi : 10.1086 / 144003. Идея нейтронной звезды , ранее представленная в статье о сверхновых, объясняется вместе с идеей критической массы звезды и черных дыр.
  • Цвикки, Ф. (декабрь 1939 г.), "Об образовании скоплений туманностей и космологической шкале времени", Труды Национальной академии наук , 25 (12): 604–609, Bibcode : 1939PNAS ... 25 .. 604Z , DOI : 10.1073 / pnas.25.12.604 , PMC  1077981 , PMID  16588306. Цвикки утверждает, что форма туманностей указывает на то, что Вселенная намного старше, чем может быть объяснена с помощью модели расширяющейся Вселенной.
  • Цвикки, Ф. (август 1941 г.), «Мозаичная решетка объектива для 18-дюймового телескопа Шмидта на горе Паломар», Публикации Тихоокеанского астрономического общества , 53 (314): 242–244, Bibcode : 1941PASP ... 53..242Z , DOI : 10,1086 / 125331. Цвикки был большим сторонником использования широкоугольного телескопа Шмидта, который он использовал с большим успехом, чтобы сделать множество открытий.
  • Цвикки, Ф. (1945), Отчет о некоторых этапах военных исследований в Германии , Aerojet Engineering Corp.. Цвикки работал над реактивным двигателем и другими делами с корпорацией Aerojet во время и после войны.
  • Цвикки, Ф. (1957), Морфологическая астрономия , Springer-Verlag. В этой книге Цвикки дает волю своим идеям морфологического исследования как инструмента для открытий в астрономии.
  • Цвикки, Ф. (октябрь 1958 г.), «Ядерные гоблины и вспыхивающие звезды», публикации Тихоокеанского астрономического общества , 70 : 506–508, Bibcode : 1958PASP ... 70..506Z , doi : 10.1086 / 127284. Помимо нейтронных звезд, Цвикки также предложил нестабильные скопления вещества нейтронной плотности внутри более крупных звезд.
  • Zwicky, F. (1966), Entdecken, Erfinden, Forschen im Morphologischen Weltbild , Droemer Knaur, Bibcode : 1966eefi.book ..... Z
  • Цвикки, Ф. (1969), Открытие, изобретение, исследование с помощью морфологического подхода , MacMillan. Цвикки также предположил, что морфологический подход может применяться ко всем видам вопросов в дисциплинах, выходящих далеко за рамки фундаментальной науки.

использованная литература

Источники

дальнейшее чтение

  • Фримен Дайсон , «Сила морфологического мышления» (рецензия на книгу Джона Джонсона-младшего, « Цвикки: гений-изгой, разоблачивший Вселенную» , издательство Harvard University Press , 2019, 352 стр.), The New York Review of Books , т. LXVII, нет. 1 (16 января 2020 г.), стр. 42, 44. Фриман Дайсон пишет (стр. 42): «Переход [около 1935 г.] от мирного к жестокому взгляду на Вселенную был результатом многих открытий, сделанных многими учеными, использовавшими множество инструментов, но один человек и один инструмент внесли большой вклад в это. Этим человеком был Фриц Цвикки ... Инструментом был небольшой восемнадцатидюймовый телескоп, который он установил на вершине горы Паломар в Калифорнии в 1935 году ... Маленький дешевый телескоп Цвикки был вторым, построенным по революционной конструкции Бернхардом Шмидтом ... в Германии ... Телескоп Шмидта имел огромное преимущество перед другими телескопами того времени: он точно фокусировал свет в широком поле зрения. .... "
  • Винклер, Курт, "Фриц Цвикки и поиски темной материи", Обзор Швейцарско-Американского исторического общества , вып. 50, нет. 2 (2014), стр. 23-41.

внешние ссылки