Герцберг (Herzberg), Герхард

Германо-канадский физик Герхард Герцберг родился в Гамбурге, в семье Эллы (в девичестве Бибер) и Альбина Герцберг. Его ранние школьные годы прошли в Гамбурге; степень бакалавра (1927) и доктора (1928) он получил в Дармштадтском технологическом институте. Его диссертация, завершенная, когда он был еще студентом, у Ханса Pay, была посвящена взаимодействию вещества с электромагнитным излучением. В следующем году он работал под руководством Макса Борна и Джеймса Франка в Гёттингенском университете, а еще через год – с А.М. Тиндалем в Бристольском университете в Англии. В 1929 г. в возрасте 24 лет он уже опубликовал 20 научных статей. В 1930 г. он получил должность приват-доцента (внештатного лектора) и старшего ассистента по физике Дармштадтского технологического института.

Электромагнитное излучение – это энергия в волновой форме, произведенная электрическими зарядами. Электромагнитный спектр включает инфракрасный, видимый и ультрафиолетовый свет; длинные радиоволны; микроволны; рентгеновские и гамма-лучи. Когда отдельные атомы подвергаются воздействию электромагнитного излучения, свет ими или поглощается, или испускается в зависимости от того, перемещаются их электроны на более высокий или более низкий энергетический уровень. Этот свет образует линейный спектр характерных для данных атомов длин волн. Молекулы имеют более сложные спектры атомов. Возбуждение молекул включает внутриатомные колебания, изгибы молекулярных связей и вращательные изменения. Молекулы испускают и поглощают свет в более широком интервале длин волн. Спектроскопия или анализ спектральных линий может предоставить информацию о структуре и энергетических уровнях атомов и молекул.

В 1929 г., анализируя спектры молекулярного азота, Герцберг и его коллега по Дармштадтскому институту Вернер Гейтлер доказали, что ядра азота не могут состоять только из протонов и электронов, как считалось ранее. Вскоре после этого английский физик Джеймс Чедвик обнаружил, что незаряженная частица, нейтрон, является основным компонентом атомного ядра. Герцберг открыл линейный спектр двухатомного кислорода, ныне называемый полосами Герцберга, который имеет большое значение для исследований верхних слоев атмосферы.

Преследование нацистами евреев заставило Герцберга эмигрировать в 1935 г. в Канаду, где он стал профессором Саскачеванского университета. Хотя в тот момент, когда он приехал, возможностей для экспериментальной работы не было, ему удалось создать спектральную лабораторию. Так как он был иностранцем и подданным враждебного государства, Герцберг не принимал участия в выполнении военных исследований в годы второй мировой войны.

В 1945 г. Герцберг стал гражданином Канады и занял должность профессора Йерксской астрономической обсерватории Чикагского университета (США). С помощью студентов последнего курса ему удалось быстро оборудовать впоследствии прославленную лабораторию по исследованию молекулярных спектров звезд, комет и планет. Используя инфракрасную технику, он доказал, что в атмосфере некоторых планет имеется водород, а также подтвердил присутствие воды в кометах. Спустя три года он вернулся в Канаду в отделение физики оттавского Национального исследовательского совета в качестве ведущего исследователя. В следующем году он становится директором этого отделения, а в 1955 г. – директором отделения фундаментальной физики. В 1969 г. он признается научно-исследовательским советом Института астрофизики выдающимся ученым-исследователем.

До 50-х годов Герцберг изучал структуру и свойства стабильных молекул. Начиная с 50-х годов он обращается к более трудным спектральным анализам свободных радикалов (атомов и молекул по крайней мере с одним неспаренным электроном). Хотя их существование как промежуточных соединений в химических реакциях было постулировано, свободные радикалы из-за высокой реакционной способности и по этой причине малого времени жизни все еще не были обнаружены. Пытаясь это сделать, Герцберг и его коллеги использовали методы импульсного фотолиза, разработанные Роналдом Норришем совместно с Джорджем Портером, при которых свет или другой излучатель энергии вызывает химическое расщепление. Исследователи провели свои первые успешные спектроскопические эксперименты со свободным радикалом метила в 1956 г., а спустя три года – с аналогичным радикалом метилена.

Герцберг был награжден в 1971 г. Нобелевской премией по химии за «его вклад в понимание электронной структуры и строения молекул, особенно свободных радикалов». В своей речи при презентации Стиг Классон, член Шведской академии наук, сказал, что «поистине изящные экспериментальные исследования Герцберга вместе с их теоретической интерпретацией внесли вклад в развитие квантовой механики, что было решающим моментом для быстрого развития молекулярной спектроскопии». Классон отметил, что около 1950 г. «молекулярная спектроскопия прогрессировала так быстро, что появилась возможность начать изучение гораздо более сложных систем, которые во многом определили дальнейшее развитие химии. Это блестяще было продемонстрировано в новаторских исследованиях Герцберга со свободными радикалами. Знание их свойств имеет фундаментальную значимость для понимания того, как происходят химические процессы».

В 1929 г. Герцберг женился на Луизе Оттингер, физике по специальности; у них есть сын и дочь. После смерти жены в 1971 г. он вскоре женился на Монике Тентхоф. Герцберг был охарактеризован А.Е. Дугласом, одним из его коллег по оттавскому Национальному исследовательскому совету, как «динамичный ученый, скромный и благородный человек».

Герцберг был награжден медалью Тори Канадского королевского общества (1953), золотой медалью Канадской ассоциации физиков (1957), медалями Уилларда Гиббса (1969) и Лайнуса Полинга (1971) Американского химического общества, медалью Фредерика Айвса Американского оптического общества и медалью Фарадея Британского химического общества (1971). В 1968 г. он стал кавалером ордена Канады. Кроме членства в физических и химических ассоциациях, Герцберг являлся главой международных комиссий по спектроскопии, президентом Канадской ассоциации физиков (1956 – 1957), Международного союза теоретической и прикладной физики (1957 – 1963) и Канадского королевского общества (1966 – 1967).