Spørsmål:
Hvilken ny fysikk ble oppdaget eller nødvendig som et resultat av Manhattan-prosjektet?
irritable_phd_syndrom
2019-01-10 03:00:02 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Jeg spurte opprinnelig dette spørsmålet om Physics StackExchange og fikk beskjed om å migrere det hit. Jeg har strammet inn spørsmålet litt.

Jeg kom nylig inn i en diskusjon med kollegaer angående kvantemekanikk og Manhattan-prosjektet. Kollegaen min (ikke en fysiker) antok at det for det meste var en teknisk bragd med lite behov for kvantemekanikk.

Jeg var uenig og argumenterte for at det ville være dumt å ansette noen av verdens fremste fysikere (dvs. Enrico Fermi, Hans Bethe, Robert Oppenheimer, Ernest Lawrence, Richard Feynman, Eugene Wigner, Leo Szilard) og verve hjelp fra andre (dvs. Niels Borh) hvis deres fysiske ferdigheter, spesielt med hensyn til kvantemekanikk, ikke var nødvendig .

Det ser ut til å være en mengde ressurser som nevner eksperimentelle prestasjoner som måling av tverrsnitt, isotopseparasjon osv.

SPØRSMÅL: Fikk Manhattan-prosjektet til (eller krevde) store teoretiske funn / bidrag til fysikk?

Har du lest Richard Rhodes 'utmerkede historie "The Making of The Atomic Bomb"? Det kan i det minste la deg begrense omfanget av ditt "store teoretiske funn" -søk. (Jeg har lest det så vel som andre bioer). Prosjektet validerte i utgangspunktet massevis av quantum mech-teori; i det minste tok det fysikere strålende nok til å anvende og utvide de grunnleggende reglene (forfallssannsynlighet, genererte partikeltyper) til et ønsket resultat, dvs. selvopprettholdende kjedereaksjon.
Jeg har ikke lest den. Takk for forslaget.
Jeg tror jeg allerede har påpekt (i Physics SE) at mange av navnene dine faktisk var bedre kjent for kjernefysikk og andre felt som var nært knyttet til å faktisk få dingsen til å fungere. Ja, prosjektet førte til mange bidrag til fysikk, som man enkelt kan spore gjennom litteraturen de neste tiårene.
En svar:
Jon Custer
2019-01-11 20:59:55 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Først en sidebeskrivelse - når de arbeider med ikke-fysikere, vil de generelt betrakte kvantemekanikk som slutten på alt av fysikk, de kuleste rare tingene. Så det er ikke overraskende at kollegaen din fokuserte på kvantemekanikk, og resten var bare ingeniørarbeid.

Så, la oss først se på listen din, og deretter gå videre til noen andre notater som fungerte i Manhattan-prosjektet:

Enrico Fermi: Hans Nobelpris, som ble tildelt i 1938, var "for hans demonstrasjoner av eksistensen av nye radioaktive elementer produsert av nøytronbestråling, og for hans beslektede oppdagelse av kjernefysiske reaksjoner forårsaket av langsomme nøytroner". Vel, det virker ganske kjerne i prosjektet gitt behovet for å vite dypt om kjernefysiske reaksjoner, nøytrondrevne reaksjoner, og, selvfølgelig, produksjonen av store mengder Plutonium gjennom nøytronbestråling som er nødvendig for Fat Man. Merk at Plutonium først ble oppdaget i 1940. (Din liste inneholder ikke Glenn Seaborg, som produserte og isolerte de første prøvene av Plutonium i februar 1941. Dette førte til hans Nobelpris i kjemi i 1951, samt å ha en element oppkalt etter ham, en ære med høyere utmerkelse enn en Nobelpris). Fermi ledet utformingen av Chicago Pile, som du kan vurdere å konstruere, men krevde dyp kunnskap om kjernefysikk.

Hans Bethe - Mens han var Nobelpris, "for hans bidrag til teorien om atomreaksjoner, spesielt hans oppdagelser angående energiproduksjonen i stjerner ”, kom ikke før i 1967, den spores tilbake til 1939-papiret" Energy Production in Stars ", Physical Review 55, 434-456 (1939). Det er bemerkelsesverdig at den første setningen i introduksjonen er: 'Fremgangen med kjernefysikk de siste årene gjør det mulig å bestemme ganske definitivt hvilke prosesser som kan og som ikke kan forekomme i det indre av stjerner.' , som er en ferdighet som er ganske nyttig i prosjektet.

Robert Oppenheimer - kanskje den nærmeste relatert til kvantemekanikk per se, gitt at han er en del av Born-Oppenheimers tilnærming for molekylære bølgefunksjoner. Imidlertid er han også kjent for Oppenheimer-Phillips-prosessen som gjør det mulig å tilsette protoner til kjerner ved hjelp av deuterium, og senke Coulomb-barrieren. Før krigen var han dypt involvert i kjernefysiske aktiviteter i Berkeley (mer nedenfor). Hans rolle i prosjektet var som leder for det, så hans bidrag var mer ledelsesmessige, ikke tekniske.

Ernest Lawrence: Hans Nobelpris i 1939 var "for oppfinnelsen og utviklingen av syklotronen og for resultater oppnådd med den, spesielt med hensyn til kunstige radioaktive elementer". Syklotronen som han oppfant og gjorde praktisk var et viktig eksperimentelt apparat for å lage og forstå kjernefysiske reaksjoner, noe som førte til forståelse av kjernefysisk struktur og tidlig kjernefysikk. Hans erfaring med akseleratorer førte også til bruk av kalutronene ved Oak Ridge for uranisotopseparasjon for Little Boy.

Richard Feynman - Vær oppmerksom på at han var en nylig myntet doktorgrad som endte opp i Los Alamos da han i utgangspunktet hele gruppen Wheeler ble flyttet dit. Han jobbet i beregningsgruppen, og hadde tilsyn med IBM-kortkortmaskiner. Det å være der med alle de andre navnene hjalp ham sikkert til å komme opp i fart som profesjonell. Hans Nobelpris i 1965 var "for deres grunnleggende arbeid innen kvanteelektrodynamikk, med dyppløyingskonsekvenser for fysikken til elementære partikler". Gitt den kjernefysiske fysikken som foregår i Los Alamos, er man fristet til å trekke sammenhenger mellom Nobelprisen og prosjektet.

Eugene Wigner: En annen fysiker med bånd til både kvante- og kjernefysikk. Imidlertid var hans Nobelpris i 1963 "for hans bidrag til teorien om atomkjernen og de grunnleggende partiklene, særlig gjennom oppdagelsen og anvendelsen av grunnleggende symmetriprinsipper". Så mens jeg "kjenner" ham langt bedre for faststoffysikk, ble han anerkjent mer for sine kjernefysiske bidrag. Wigner ledet utformingen av atomreaktorene for å produsere plutonium, de første reaktorene som ble konstruert. Doktorgradsstudenter inkluderer Victor Weisskopf (kjernefysikk) og John Bardeen (bare to ganger Nobelprisvinner i fysikk). Wigner var også til stede på møtet mellom Leo Szilard og Albert Einstein som førte til brevet til Roosevelt som startet prosjektet.

Leo Szilard - en ganske omfattende polymat, han oppfattet ideen om en kjernefysisk kjedereaksjon. i 1933, kort tid etter oppdagelsen av nøytronet. Han jobbet med Fermi tidlig i prosjektet på Chicago Pile, og flyttet deretter til reaktordesign. Etter krigen gikk han over i biologi, inkludert nuklearmedisin.

La oss se på noen andre Nobelprisvinnere, før krigen.

Werner Heisenberg, 1932, “for opprettelsen av kvantemekanikk, hvis anvendelse blant annet har ført til oppdagelsen av de allotrope former for hydrogen” - han var leder av det tyske programmet.

Paul Dirac, 1933, "for oppdagelsen av nye produktive former for atomteori" - under krigen fokuserte han på teori og eksperimenter med gass sentrifuger for isotopseparasjon. (hans medvinner, Schrodinger, var i Dublin gjennom krigen, men forble en østerriksk statsborger til 1948. Dermed deltok ikke Schrodinger i prosjektet).

James Chadwick, 1935, "for oppdagelsen av nøytronet". Han var dypt involvert i kjernefysikk, først under Rutherford og deretter i sin egen rett i Liverpool. Internert i Tyskland under første verdenskrig. Han var nært knyttet til Storbritannias Tube Alloys-prosjekt, og fulgte det til Los Alamos. Innledende arbeid i Storbritannia inkluderte måling av tverrsnittet av U-235, avgjørende for å forstå kjedereaksjonen. Chadwick var sjefen for den britiske misjonen, som hadde tilsyn med alt felles teknisk arbeid.

Carl Anderson, 1936, "for sin oppdagelse av positronen". I løpet av krigen gjorde han research innen rakett, var ikke tilknyttet prosjektet. Andersons medvinner, Victor Hess, var heller ikke involvert i prosjektet.

Clinton Davisson, 1937, “for deres eksperimentelle oppdagelse av diffraksjon av elektroner av krystaller”, deltok ikke i prosjektet. I motsetning til dette hadde medvinneren George Thomson gått inn i kjernefysiske fysiske forhold. Thomson var styreleder for MAUD-komiteen som bestemte at en atmoisk bombe var gjennomførbar.

Så, den siste "kvantemekanikken" Nobelprisen ble tildelt i 1933. Etter det ble kjernefysikk til. Sammenløpet av 2. verdenskrig og erkjennelsen av at et atomvåpen var tenkelig resulterte i en enorm fysikk- og ingeniørinnsats. Det tok en enorm, konsentrert innsats for å utvikle teori, modne den og deretter implementere teorien i ingeniørfag. Det tok en lignende innsats på den eksperimentelle siden.

Som et siste notat, kaster du tilfeldig tverrsnittsmålinger som om de ikke er veldig viktige. De er kjernen i å forstå kjernefysikk siden de er den eneste måten å undersøke kjernekraftnivåer og stater. I denne sammenheng er det viktig å merke seg at John Cockroft og Ernest Walton (med Mark Oliphant) utførte den første menneskestyrte kjernefysiske reaksjonen i 1932, og målte energiavhengigheten til Li7 (p, $ \ alpha $ ) $ \ alpha $ reaksjon. Uten disse målingene gikk kjernefysikk ikke mye hvor som helst (og deres måling av frigitt energi ligger innenfor 1% av den nåværende aksepterte Q-verdien - ikke dårlig for den første målingen noensinne). Cockroft var også en del av MAUD-komiteen, men gikk i radararbeid for krigen. Cockroft og Walton vant Nobelprisen i 1951 “for deres pionerarbeid med transmutasjon av atomkjerner av kunstig akselererte atompartikler”.

Så jeg vil være enig i at 'kvantemekanikk' som en grunnleggende tar ikke var i det hele tatt nødvendig for Manhattan-prosjektet. Imidlertid var kvantemekanikken generelt godt etablert på 1930-tallet og utviklet seg raskt til det vi nå kaller kjernefysikk og partikkelfysikk. De fleste av navnene du nevner er bedre kjent for denne senere innsatsen. Det faktum at 1932 ble oppdaget nøytronet, den første menneskestyrte splittelsen av et atom, og i 1933 ble erkjennelsen av at en kjedereaksjon var mulig, viser hvor raskt folk tok 'klassisk' kvantemekanikk og brukte disse konseptene til å forstå atom og partikkelfysikk. Under Manhattan-prosjektet ble det gjort enorme fremskritt, eksperimentelt og teoretisk, for å forstå kjernefysikk og realisere kjernefysikk som et våpen.



Denne spørsmålet ble automatisk oversatt fra engelsk.Det opprinnelige innholdet er tilgjengelig på stackexchange, som vi takker for cc by-sa 4.0-lisensen den distribueres under.
Loading...