Нобелевские лауреаты: Гарольд Клейтон Юри

О том, как сын священника добрался до Луны, об открытии дейтерия и об американском атомном проекте рассказывает наш очередной выпуск рубрики «Как получить Нобелевку». Гарольд Клейтон Юри Родился: 29 апреля 1893, Уокертон, Индиана, США Умер: 5 января 1981, Ла-Холья, Сан-Диего, Калифорния, США Нобелевская премия по химии 1934 года. Формулировка Нобелевского комитета: «За открытие тяжёлого водорода (дейтерия, используемого для получения тяжёлой воды — замедлителя в ядерных реакторах, а также в качестве индикатора биохимических реакций в живой ткани) – for his discovery of heavy hydrogen». Наш нынешний герой неординарен даже по меркам нобелевских лауреатов. Во-первых, к нему применимы некоторые истории – вымышленные или реальные – о более известных ученых. Например, Юри тоже очень плохо учился в школе, как часто совершенно несправедливо пишут об Эйнштейне. И он, как Резерфорд, был, в первую очередь все-таки физиком (и даже ядерщиком), но премию получил по химии. А во-вторых, он прожил достаточно долгую жизнь (88 лет) и проявил достаточное упорство, чтобы пройти карьеру от сельского учителя до работы в атомном проекте, от бакалавриата по зоологии до открытия дейтерия и изучения лунного грунта. Но обо всем по порядку. Юри родился в небольшом городке Уокертоне в Индиане. Даже сейчас этот населенный пункт, названный в честь управляющего железной дорогой Джонни Уокера (да-да, не только на виски) недавно справивший свое стопятидесятилетие, сложно назвать большим: в 2010 году в нем жило 2144 человека. Что уж говорить о 1893 годе? Его отец, Сэмуэль Клейтон Юри был священником в баптистской Церкви братьев и школьным учителем, его мать, Кора Ребекка Юри занималась домом и детьми – кроме Гарольда были младшие дети, Кларенс и Марта. В 1899 году отец Юри умер от туберкулеза, мать вышла замуж вторично – снова за священника. Юри до 14 лет учился в школе амишей – достаточно странного религиозного сообщества в США (они и сейчас существуют, сочетаясь браками только с единоверцами, отказываясь от достижений цивилизации и проводя богослужения на дому). Как мы уже сказали, учиться трудно. То ли из-за специфики амишей, то ли еще из-за чего. То, что в США называется высшей школой, Юри оканчивал уже в Кендалвилле, и, получив в 1911 году аттестат о среднем образовании, еще немножко поучился и получил сертификат сельского учителя, которым и проработал три года. А в 1914 году Юри все-таки поступил в университет. Университет штата Монтана. Три года спустя он получил диплом бакалавра в области… зоологии в 1917 году. В том самом году, когда США все-таки вступили в Первую мировую войну. Тогда Юри пошел на химическое производство: в Barrett Chemical Company (сейчас то, во что превратилась эта фирма путем слияний и поглощений, называется Honeywell). Так что научная деятельность нашего героя началась с военного госзаказа – он участвовал в производстве тротила химиком-технологом. После войны Юри вернулся в родной университет инструктором-химиком и, видимо, работал в Монтане без особого энтузиазма. Но вот академическая карьера потребовала степени PhD. И тут уже Юри пошел в университет статусом повыше, в Университет Калифорнии в Беркли, где начал изучать термодинамику под руководством выдающегося физхимика Гилберта Льюиса, автора концепции ковалентной связи, кислот и оснований Льюиса и номинированного на Нобелевскую премию 41 раз, но так и не получившего абсолютно заслуженной награды. В 1946 году Льюиса найдут в его лаборатории, заполненной парами циановодорода… Многие будут говорить, что это – самоубийство. Впрочем, мы отвлеклись. Пока что на дворе – 1921 год, Льюису жить еще четверть века, а Юри только начинает исследовательскую деятельность, хотя для начала работы над PhD 28 лет – это поздновато, конечно. А тут еще случилась незадача: пока наш герой преодолевал трудности, возникшие в работе над первоначальной темой диссертации: ионизация паров цезия, некий физик из Индии опубликовал статью на ту же тему. Пришлось начинать все заново и Юри сделал работу по состояниям ионизации идеального газа. Статью приняли в Astrophysical Journal (хороший намек на космическое будущее Юри). Итак, в 30 лет он, наконец, PhD и лауреат Американо-Скандинавской стипендии, которая позволила отправиться в Копенгаген на стажировку. К Нильсу Бору, в лаборатории которого Юри встретил таких выдающихся людей, как Вольфганг Паули и Дьёрдь Хевеши (о них мы еще расскажем), Вернер Гейзенберг, автор электронной теории строения атомов Джон Слейтер, верный соавтор Бора Хендрик Крамерс… Позже в Германии состоялись встречи с Альбертом Эйнштейном и Джеймсом Франком. Неплохо для человека, который еще десять лет назад был сельским учителем! Естественно, по возвращении в США, котировки Юри заметно выросли. Он получил сразу два предложения от очень статусных университетов: Джонса Хопкинса и Гарварда. Выбрал первое, но вступил в должность не сразу: сначала поехал в Сиэттл к матери. По дороге заехал к знакомой, знакомая познакомила с сестрой, ну и закрутилось: у пары Гарольда Юри и Фриды Даум родилось четверо детей. Не сразу, конечно. В Университете Джонса Хопкинса Юри начал делать очень важную вещь. Дело в том, что в то время практически вся современная квантовая физика была написана на немецком. Эйнштейн, Шредингер, Планк, Гейзенберг… И Юри с Артуром Руарком написали едва ли не первый капитальный труд по квантовой механике на английском языке: Atoms, Quanta and Molecules. В 1929 году Юри перешел в Колумбийский университет в Нью-Йорке, где и было сделано открытие, за которое его через пять лет удостоят Нобелевской премии. Конечно, существование изотопов было уже известно. Фредерик Содди в 1921 году уже успел получить за них Нобелевскую премию. Примерно в то же время, как Юри переехал в Нью-Йорк, были открыты изотопы кислорода. Исходя из того, что атомный вес кислорода ровно в 16 раз больше атомного веса кислорода, а обычные спектрометрические и масс-спектрометрические данные давали разные соотношения, Юри предположил, что и у водорода есть более тяжелый изотоп. Поиски начались в 1931 году. Юри рассчитал, что тяжелый водород должен иметь красное смещение в бальмеровской линии спектра от 0,1 до 0,18 нанометров. На том спектрографе, который был в распоряжении ученого разница в линиях спектра обычного и тяжелого водорода должна была быть около 1 миллиметра. Это уже можно было различить, однако по расчетам выходило, что на 1 атом тяжелого изотопа водорода, должно приходиться около 4500 атомов легкого. Линия была, но очень слабая. И Юри не стал делать никакую «предварительную» публикацию, а решил поискать способ более надежного доказательства. Вместе с Джорджем Мозли Мерфи Юри расчитал, что у тяжелого водорода будет чуть более высокая температура кипения. По всему выходило, что постепенно «упаривая» пять литров жидкого водорода, можно будет получить миллилитр образца, в котором тяжелого изотопа будет на два порядка больше. Со второй попытки это удалось – и дейтерий был открыт. Статья в PhysRev вышла в 1932 году под авторством Юри, Мерфи и знакомца Юри по Джонсу Хопкинсу Фердинанда Брикведде, который и сделал тот самый миллилитр обогащенного дейтерием водорода в криогенной лаборатории Национального бюро стандартов в Вашингтоне. Впрочем, статья-статьей (кстати, в том же году Джеймс Чедвик открыл нейтрон, который прекрасно объяснял строение тяжелого изотопа – один протон, один нейтрон и один электрон, массой которого можно пренебречь), а «Нобелевка» досталась одному Юри. Впрочем, нельзя сказать, что незаслуженно. Забавно, но на церемонию в Стокгольм Юри не поехал: его дорогая Фрида была на сносях, и Юри решил, что рождение дочери – более важное событие, чем вручение Нобелевской премии. Итак, начав с PhD в 30 лет, в 41 наш герой уже был Нобелевским лауреатом. Впереди была долгая и насыщенная жизнь. До войны он тихо и мирно занимался своим дейтерием, изотопами, боролся за демократию в университетах, редактировал основанный им Journal of Chemical Physics, выступал против нацизма, принимал сбежавших от Гитлера ученых (в том числе – Энрико Ферми, рассказ о котором тоже впереди). Но началась война. И стартовал Манхэттенский проект. Кто у нас главный эксперт по разделению изотопов? Правильно, Юри. Что у нас замедляет нейтроны? Правильно, тяжелая вода. Вперед, трудиться на благо атомной бомбы и ядерного реактора. Именно он координировал разделение урана центрифугированием его гексафторида в газовой фазе, именно он занимался производством тяжелой воды. Так что нобелевский лауреат стал ключевой фигурой в американской ядерной программе – именно в контексте технической реализации получения нужных для бомбы и реактора веществ. В феврале 1945 года Юри понял, что с него хватит – сил совсем не осталось, а работа была налажена, и он покинул проект, передав дела Джону Даннингу. И отправился в космос. По крайней мере, мысленно. Фактически, наш герой стал одним из основателей космохимии (собственно говоря, сам термин он и придумал). Впрочем, Юри не стал заниматься нуклеосинтезом (происхождением элементов в звездах), а занялся химией планет. Так, в 1953 году Гарольд Юри вместе со своим аспирантом Стэнли Миллером провел знаменитый эксперимент, в котором они смоделировали химические условия на ранней Земле: в смесь из метана, монооксида углерода, водорода и аммиака попадал водяной пар, подавался электрический разряд (молнии) и получались аминокислоты, углеводы и другие органические вещества. Именно так могла возникнуть жизнь на Земле. Юри повезло: он дождался полетов в космос и даже доставки лунного грунта на Землю. Именно Юри занимался изучением этого грунта, будучи уже в Университете Калифорнии в Сан-Диего. Изучая изотопный состав грунта, он смог показать, что Луна и Земля имеют общее происхождение. Кстати, астронавт Харрисон Шмитт, единственный профессиональный ученый, побывавший на Луне, рассказывал, что Юри говорил, что хочет быть добровольцем для лунной миссии «в один конец». «Я полечу, и мне плевать, если я не вернусь», - говорил геологу лунному земной физик. И еще одна удивительная вещь: в конце жизни, после 65 лет, Юри проявил потрясающую публикационную активность, самостоятельно опубликовав более 100 работ, из них 47 – о химии Луны. Когда перед самой смертью этого любителя орхидей и знатного садовода спросили, как у него получается так активно публиковаться и работать «в стиле хард», он ответил: «Ну вы же знаете, что я уже не на должности! Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram, Одноклассники.