WikiSort.ru - Космос

ПОИСК ПО САЙТУ | о проекте
Карл Шварцшильд
Karl Schwarzschild
Дата рождения 9 октября 1873(1873-10-09)
Место рождения Франкфурт-на-Майне
Дата смерти 11 мая 1916(1916-05-11) (42 года)
Место смерти Потсдам
Страна Германия
Научная сфера астрономия, физика
Место работы
Альма-матер
Научный руководитель Хуго фон Зеелигер
Известен как получил первые точные решения полевых уравнений общей теории относительности со сферической симметрией
Подпись
 Карл Шварцшильд на Викискладе

Карл Шва́рцшильд (нем. Karl Schwarzschild; 9 октября 1873, Франкфурт-на-Майне — 11 мая 1916, Потсдам) — немецкий астроном и физик, директор Астрофизической обсерватории в Потсдаме (1909—1914), академик Прусской академии наук (1912). Отец германо-американского астрофизика Мартина Шварцшильда.

Шварцшильд, одна из ключевых фигур начального этапа развития теоретической астрофизики, отличался широтой научных интересов — оставил заметный след в фотографической фотометрии, теории звёздных атмосфер, общей теории относительности и старой квантовой механике. Его именем, помимо всего прочего, названо открытое им первое и до сих пор наиболее важное точное решение уравнений Эйнштейна, предсказывающее существование чёрных дыр — решение Шварцшильда.

Биография

Карл Шварцшильд, родившийся во Франкфурте-на-Майне в еврейской семье (отец: Мозес Мартин Шварцшильд, мать: Генриетта Сабел), был старшим из шести детей[1]. Его сестра Клара (1887—1946) в 1907 году стала женой астрофизика Роберта Эмдена[2]. В окружении, где рос Шварцшильд, поощрялось многостороннее образование с упором на музыку и искусства; Карл был первым в семье, проявившим интерес к естественным наукам[1]. Посещал до 11-летнего возраста еврейскую начальную школу, затем Государственную гимназию им. Лессинга во Франкфурте, с этого времени проявлял интерес к астрономии, собирал карманные деньги для покупки линз и сооружения телескопа[1]. Этот интерес поощрялся другом его отца, профессором Эпштейном, владевшим собственной любительской обсерваторией[1]. Карл подружился с его сыном, Паулем Эпштейном[de], в будущем известным математиком[1]. Уже в возрасте 16 лет, будучи гимназистом, Шварцшильд опубликовал две небольшие статьи[3] об определении орбит планет и двойных звёзд[1]. Получив аттестат зрелости с отличием, в 1891—1893 годах изучал астрономию в Страсбургском университете[1].

Затем в 1893 году Карл перешёл в Мюнхенский университет и окончил его в 1896 году с большим отличием (summa cum laude), получив учёную степень доктора (тема диссертации: «К теории Пуанкаре фигур равновесия во вращающихся однородных жидких массах»[4], научный руководитель — Хуго фон Зеелигер)[1].

С октября 1896 года Шварцшильд работал 2 года ассистентом в обсерватории Куффнера[en] в Вене[1]. Там он занимался фотометрией звёзд, разработал формулу определения времени выдержки для астрономической фотометрии и обнаружил явление невзаимозаместимости в фотографии, позже названное его именем (эффект Шварцшильда)[1]. В 1899 году вернулся в Мюнхенский университет, где получил должность приват-доцента, защитив хабилитационную диссертацию об измерениях блеска звёзд[1]. В 1900 году, задолго до появления общей теории относительности, Шварцшильд исследовал возможность того, что пространство является неевклидовым, получив нижнее ограничение на радиус кривизны пространства 4 млн а.е. для случая эллиптической геометрии и 100 млн а.е. — для гиперболической геометрии[5][1][6]. В это время он также исследовал движение пылевых частиц в хвостах комет под действием лучевого давления и вывел из наблюдений размеры этих частиц[1].

В 1901 году Шварцшильд стал экстраординарным (через год, в возрасте 28 лет — ординарным, то есть полным) профессором в Гёттингенском университете и одновременно директором обсерватории[en][1]. Там он работал с такими личностями, как Давид Гильберт и Герман Минковский[1]. 11 июня 1909 года был избран в Королевское астрономическое общество (Лондон)[1]. Во время работы в Гёттингене Шварцшильд занимался электродинамикой и геометрической оптикой, выполнил большой обзор фотографических звёздных величин и установил различие между фотографическими и визуальными звёздными величинами, изучал перенос излучения в звёздах и фотосфере Солнца[1] и в 1906 году ввёл понятие лучистого равновесия[en], фундаментальное для моделирования звёздных атмосфер[7][8]. Участвовал в экспедиции в Алжир для наблюдения полного солнечного затмения 30 августа 1905 года[1][9].

22 октября 1909 года Шварцшильд женился на Эльзе Розенбах, дочери профессора хирургии Гёттингенского университета[1]. У Карла и Эльзы было трое детей — Агата, Мартин (позже профессор астрономии в Принстоне) и Альфред[1].

Карл Шварцшильд в Потсдаме

В конце 1909 года Карл Шварцшильд стал директором Астрофизической обсерватории в Потсдаме (этот пост считался наиболее престижным для астронома в Германии), а в 1912 году был избран членом Прусской академии наук[1]. Опубликовал монографию «Aktinometrie» (1 ч. — 1910, 2 ч. — 1912)[1]. В этот период он интересовался спектрометрией, исследовал фотографии кометы Галлея, полученные во время её возвращения в 1910 году[1]. Летом 1910 года совершил поездку в США, посетив несколько американских обсерваторий. В 1914 году Шварцшильд пытался (безуспешно) обнаружить предсказанное теорией относительности гравитационное красное смещение в солнечных спектрах.

Могила Карла Шварцшильда на кладбище Гёттингена

В начале Первой мировой войны (1914 год) пошёл добровольцем в немецкую армию, несмотря на то, что его возраст превышал 40 лет; служил сначала в Намюре (Бельгия) на военной метеорологической станции, затем, получив чин лейтенанта, был переведён в штаб дивизии дальнобойной артиллерии, дислоцированной сперва во Франции, а позже в России[1][8]. Шварцшильд занимался расчётами траекторий снарядов[1]; в 1915 году направил в Академию сообщение[10] о поправках на ветер и плотность воздуха к траекториям[8], опубликованное лишь в 1920 году, после рассекречивания. Был награждён Железным крестом[8].

18 ноября 1915 года Шварцшильд, будучи в отпуске, присутствовал на лекции Эйнштейна перед Прусской академией наук в Берлине, на которой Эйнштейн представлял свою статью, объясняющую смещение перигелия Меркурия с помощью общей теории относительности[11].

На восточном фронте заболел аутоиммунной болезнью пузырчаткой (англ. pemphigus), в то время неизлечимой[1]. Во фронтовом госпитале в России Шварцшильд написал две статьи[12][13] по общей теории относительности и фундаментальную работу по квантовой теории Бора — Зоммерфельда, содержащую теорию эффекта Штарка для атома водорода[1][14]. В марте 1916 года Шварцшильд был комиссован по болезни, вернулся в Германию и через два месяца умер[1]; похоронен на Центральном кладбище Гёттингена.

Научные работы и достижения

Широта охвата тем физики, математики и астрономии в его работах привела к тому, что Эддингтон сравнивал Шварцшильда с Пуанкаре, только более практической направленности[8]. Сам Шварцшильд в своей вступительной речи в Берлинскую академию наук (1913) объяснял это так:

Математика, физика, химия, астрономия двигаются единым фронтом. Кто отстаёт — того подтягивают. Кто опережает — помогает остальным. Теснейшая солидарность существует между астрономией и всем кругом точных наук. … С этой точки зрения я могу полагать удачей то, что мои интересы никогда не ограничивались тем, что дальше Луны, но следовали нитям, тянущимся оттуда к нашему, подлунному знанию; я часто бывал неверен небесам. Это тяга к универсальности, которая была непреднамеренно усилена моим учителем Зеелигером, а затем расцвела благодаря Феликсу Клейну и всему научному кругу Гёттингена. Там популярен девиз, согласно которому математика, физика и астрономия составляют единое знание, которое, подобно греческой культуре, должно восприниматься как идеальное целое.

— [8]

К основным достижениям Шварцшильда в практической астрономии относят работы по основам точной фотографической фотометрии, начатые в Гёттингене и продолженные затем в Потсдаме. Ещё на первом месте он разработал технику точной оценки блеска звезд по фотографиям и на практике определил закон связи почернения на фотопластинке со временем экспозиции и блеском звезды (закон Шварцшильда). Так как фотопластинки и глаз отличаются по чувствительности к различным длинам волн электромагнитного спектра, то визуальную и фотографическую шкалы блеска звёзд необходимо связать между собой, установив некое общее начало — нуль-пункт. Это также впервые проделал Шварцшильд[15]. Разность между визуальной и фотографической звёздной величиной может служить оценкой температуры звезды — и благодаря этому ещё в 1899 году Шварцшильд обнаружил колебания эффективной температуры цефеид[16]. В Потсдаме в 1910—1912 годах он составил точный каталог фотографических звездных величин 3500 звезд ярче 7.5m со склонениями в пределах от 0° до +20° (так называемая «Гёттингенская актинометрия»), который вместе с визуальными каталогами послужил основой важных статистических исследований по оценке температур звёзд и расстояний до них[15][9][8].

Изучение статистики собственных движений звёзд, толчком к которому послужила теория двух потоков Я. Каптейна, в 1907 году привело Шварцшильда к формулировке альтернативного закона эллипсоидального распределения скоростей звезд в Галактике, затем подтверждённого в рамках теории вращения Галактики. В 1910—1912 годах Шварцшильд разработал и решил в общем виде интегральные уравнения звездной статистики, связывающие абсолютные и видимые характеристики звезд с их пространственной плотностью[15].

В 1906 году Шварцшильд ввёл в теорию звёздных атмосфер концепцию лучистого равновесия, по которой перенос энергии в атмосфере осуществляется излучением, а конвективный перенос и теплопроводность пренебрежимо малы. На основе закона Вина он создал математическую теорию лучистого равновесия и разработал соответствующую модель строения звездной атмосферы, которая и сейчас лежит во основе неконвективных моделей звёздных оболочек[16][8].

Ряд работ Шварцшильда посвящён теории равновесия малых частиц в поле излучения звёзд и приложению этой теории к кометным хвостам[15][9], теории аберраций оптических инструментов[9][17], вариационному принципу в электродинамике электрона[17], а его последняя работа посвящена теории эффекта Штарка для атома водорода в рамках боровской старой квантовой механики[18][9] — в ней Шварцшильд впервые ввёл переменные «действие — угол»[17], важные в теории консервативных гамильтоновых систем[19].

Его работы по теории относительности содержали первые точные решения полевых уравнений общей теории относительности со сферической симметрией — так называемое внутреннее решение Шварцшильда для невращающегося шарообразного тела из однородной жидкости[13] и внешнее решение Шварцшильда для статического пустого пространства вокруг сферически симметричного тела[12] (второе сейчас именуют обычно просто решением Шварцшильда). Решение Шварцшильда было первым точным решением уравнений Эйнштейна с классической чёрной дырой, поэтому несколько терминов из физики чёрных дыр получили его имя, например радиус Шварцшильда, шварцшильдовы координаты и так далее[16].

Известно, что первой реакцией Эйнштейна на работу Шварцшильда было неверие: Эйнштейн полагал, что найти точное внешнее решение для такой сложной системы уравнений, как возникающая в общей теории относительности, невозможно. Только проверив все выкладки самостоятельно, Эйнштейн убедился, что задача действительно решена, и заразился энтузиазмом. Кроме этого, на основании своего точного внешнего решения Шварцшильд вывел предсказываемую общей теорией относительности величину эффекта смещения перигелия орбиты Меркурия и отклонения света, подтвердив значения, найденные Эйнштейном ранее на основании приближённого решения уравнений[20][16].

На заседании Берлинской академии наук, посвящённом памяти Шварцшильда, Эйнштейн оценил эти его работы следующим образом:

В теоретических работах Шварцшильда особенно поражают уверенное владение математическими методами исследования и та легкость, с которой он постигает существо астрономической или физической проблемы. Редко встречаются столь глубокие математические познания в сочетании со здравым смыслом и такой гибкостью мышления, как у него. Именно эти дарования позволили ему выполнить важные теоретические работы в тех областях, которые отпугивали других исследователей математическими трудностями. Побудительной причиной его неиссякаемого творчества, по-видимому, в гораздо большей степени можно считать радость художника, открывающего тонкую связь математических понятий, чем стремление к познанию скрытых зависимостей в природе.

— [21]

Признание и память

Обсерватория Карла Шварцшильда, 2015

В честь Карла Шварцшильда в 1960 году была названа обсерватория в городе Таутенбурге в 10 км от Йены; в обсерватории находится крупнейший в Германии телескоп[22][1], а также открытый в 1916 году астероид (837) Шварцшильда, кратер на Луне, улицы в Гёттингене и других городах. Немецкое астрономическое общество (Astronomische Gesellschaft) с 1959 года ежегодно присуждает медаль Карла Шварцшильда, первым лауреатом которой стал его сын Мартин[1].

В науке имя Шварцшильда носят[17]:

Библиография

Полная библиография работ Карла Шварцшильда была опубликована в 1917 году Отто Блюменталем[23]. В библиотеке Гёттингена хранится также коллекция его писем и записей, микрофильмированная в 1975 году для Центра истории физики Американского института физики[24]. Первое собрание сочинений Карла Шварцшшильда в трёх томах было напечатано издательством Springer в 1992 году[25].

Примечания

  1. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 J. J. O'Connor and E. F. Robertson. Karl Schwarzschild (англ.). MacTutor History of Mathematics archive. Проверено 22 ноября 2015. Архивировано 17 ноября 2015 года.
  2. ↑ Deutsche Biographie
  3. ↑ K. Schwarzschild «Zur Bahnbestimmung nach Bruns». Astronomische Nachrichten 124 (1890) cols. 211—216; K. Schwarzschild «Methode zur Bahnbestimung der Doppelsterne». Astronomische Nachrichten 124 (1890) cols. 215—218.
  4. ↑ K. Schwarzschild «Die Poincaré’sche Theorie des Gleichgewichts einter homogenen rotierenden Flüssigkeitsmasse» Neue Annalen der K. Sternwarte in München, 3 (1898), 231—299.
  5. ↑ K. Schwarzschild «Über das zulässige Krummungsmass des Raumes» Vierteljahrsschrift der Astronomischen Gesellschaft 35 (1900) 337—347.
  6. ↑ Визгин, 1981, с. 36.
  7. ↑ ШВАРЦШИЛЬД, КАРЛ. Энциклопедия Кругосвет. Проверено 23 ноября 2015. Архивировано 22 июля 2015 года.
  8. 1 2 3 4 5 6 7 8 Eddington A. S. Obituary notice, Associate: Schwarzschild, Karl (англ.) // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. — 1917. — Vol. 77. — P. 314—319. — DOI:10.1093/mnras/77.4.314. — Bibcode: 1917MNRAS..77..314..
  9. 1 2 3 4 5 Hertzsprung E. Karl Schwarzschild (англ.) // Astrophysical Journal. — 1917. — Vol. 45. — P. 285. — DOI:10.1086/142329. — Bibcode: 1917ApJ....45..285H.
  10. ↑ K. Schwarzschild «Über den Einfluss von Wind und Luftdichte auf die Goschossbahn». Sitzungberichte der Preussischen Akademie der Wissenschaften zu Berlin 1920 (1920) 37-63.
  11. ↑ Matthias Schemel. Schwarzschild's Classical and Relativistic Work on Cosmology // The Genesis of General Relativity: Sources and Interpretations / edited by Jürgen Renn. — Springer Science & Business Media, 2007-02-16. — Т. 3. — 2072 с. — P. 167. — ISBN 9781402039997.
  12. 1 2 K. Schwarzschild. «Über das Gravitationsfeld eines Massenpunktes nach der Einstein’schen Theorie». Sitzungsberichte der Königlich Preussischen Akademie der Wissenschaften 1 (1916) 189—196.
  13. 1 2 K. Schwarzschild «Über das Gravitationsfeld einer Kugel aus inkompressibler Flüssigkeit». Sitzungsberichte der Königlich Preussischen Akademie der Wissenschaften 1 (1916) 424.
  14. ↑ K. Schwarzschild «Zur Quantenhypothese». Sitzungberichte der Preussischen Akademie der Wissenschaften zu Berlin 1916 (1916) 548—568.
  15. 1 2 3 4 Астрономы, 1977, с. 290.
  16. 1 2 3 4 Астрономы, 1977, с. 291.
  17. 1 2 3 4 Chandrasekhar S. Karl Schwarzschild Lecture: The Aesthetic Base of the General Theory of Relativity (англ.) // Mitteilungen der Astronomischen Gesellschaft Hamburg. — 1986. — Vol. 67. — P. 19. — Bibcode: 1986MitAG..67...19C.
  18. ↑ Храмов Ю. А. Шварцшильд Карл (Schwarzschild Karl) // Физики: Биографический справочник / Под ред. А. И. Ахиезера. — Изд. 2-е, испр. и дополн. — М.: Наука, 1983. — С. 298. — 400 с. — 200 000 экз. (в пер.)
  19. ↑ Нехорошев Н. Н. Переменные действие-угол и их обобщения (рус.) // Труды Московского математического общества. — Издательство Московского университета, 1972. — Т. 26. — С. 181—198.
  20. ↑ Gutfreund H., Renn J., Stachel J. The Road to Relativity: The History and Meaning of Einstein's "The Foundation of General Relativity" Featuring the Original Manuscript of Einstein's Masterpiece. — Princeton University Press, 2015. — ISBN 9781400865765.
  21. ↑ Эйнштейн А. Собрание научных трудов. — М.: Наука, 1967. — Т. 4. — С. 33. — 599 с. — 31 700 экз.
  22. ↑ The Observatory (англ.). Thüringer Landessternwarte 'Karl Schwarzschild' Tautenburg. Проверено 6 сентября 2010. Архивировано 23 августа 2011 года.
  23. ↑ Blumenthal, Otto. Karl Schwarzschild (нем.) // Jahresbericht der Deutschen Mathematiker-Vereinigung. — 1917. — Bd. 26, Nr. 1/4. — S. 56—75.
  24. ↑ Nachlass. Karl Schwarzschild. Astronom. 9.10.1873 – 11.5.1916. Niedersächsische Staats- und Universitätsbibliothek Göttingen. Архивировано 3 апреля 2016 года.
  25. ↑ Schwarzschild Karl. Gesammelte Werke (Collected Works) / Ed. by Voigt Hans-Heinrich. — Springer Berlin Heidelberg, 1992. — Vol. 1—3. — ISBN 978-3-642-63467-3. — DOI:10.1007/978-3-642-58086-4.

Литература

  • Колчинский И. Г., Корсунь А. А., Родригес М. Г. Астрономы: Биографический справочник.. — Киев: Наукова думка, 1977. — С. 290—291. — 416 с.
  • Храмов Ю. А. Шварцшильд Карл (Schwarzschild Karl) // Физики: Биографический справочник / Под ред. А. И. Ахиезера. — Изд. 2-е, испр. и дополн. — М.: Наука, 1983. — С. 298. — 400 с. — 200 000 экз. (в пер.)
  • Визгин В. П. Релятивистская теория тяготения (истоки и формирование. 1900—1915 гг.). — Москва: Наука, 1981. — 352 с. — 2000 экз.
Некрологи

Ссылки

s: Карл Шварцшильд в Викитеке
commons: Карл Шварцшильд на Викискладе

Данная страница на сайте WikiSort.ru содержит текст со страницы сайта "Википедия".

Если Вы хотите её отредактировать, то можете сделать это на странице редактирования в Википедии.

Если сделанные Вами правки не будут кем-нибудь удалены, то через несколько дней они появятся на сайте WikiSort.ru .



Текст в блоке "Читать" взят с сайта "Википедия" и доступен по лицензии Creative Commons Attribution-ShareAlike; в отдельных случаях могут действовать дополнительные условия.

Другой контент может иметь иную лицензию. Перед использованием материалов сайта WikiSort.ru внимательно изучите правила лицензирования конкретных элементов наполнения сайта.

2019-2026
WikiSort.ru - проект по пересортировке и дополнению контента Википедии