Фаулер, Ральф Говард: биография

В 1926 году Фаулер показал, что белые карлики должны состоять из практически полностью ионизированных атомов, сжатых до высокой плотности, и вырожденного электронного газа («подобного гигантской молекуле в низшем состоянии»), подчиняющегося незадолго до этого открытой статистике Ферми — Дирака. Результаты Фаулера, которые были одним из первых приложений новой квантовой статистики, позволили избавиться от парадокса, который не мог быть объяснён в рамках классического подхода: согласно классической статистике, материя белого карлика должна была содержать много меньше энергии, чем обычное вещество, так что она не могла возвратиться к обычному состоянию даже после удаления из окрестности такой звезды. Более яркая формулировка Артура Эддингтона гласит, что классическая звезда не может остыть: при потере энергии давление газа, составляющего звезду, должно уменьшаться, что приведёт к гравитационному сжатию, а, следовательно, к росту давления и температуры. Работа Фаулера давала разрешение этого парадокса: электронный газ может остыть до абсолютного нуля и оказаться в наинизшем возможном квантовом состоянии, разрешённом принципом Паули, причём давление такого вырожденного газа достаточно велико, чтобы скомпенсировать гравитационное сжатие. Таким образом, статья Фаулера «О плотной материи» (англ. On dense matter) заложила основы современной теории белых карликов.

Математика

Математические интересы Фаулера касались в первую очередь поведения решений некоторых дифференциальных уравнений второго порядка. В своих ранних исследованиях он рассмотрел кубические преобразования P-функций Римана. Впоследствии, в связи с астрофизическими вопросами, он обратился к особенностям уравнения Эмдена (англ. Lane–Emden equation), описывающего равновесное состояние звезды, и дал классификацию решений этого уравнения для различных граничных условий и показателей политропы. Эти результаты оказались весьма ценными при рассмотрении различных моделей звёзд. В 1920 году Фаулер опубликовал трактат по дифференциальной геометрии плоских кривых, который выдержал несколько изданий.

Награды и память

• Офицер Ордена Британской империи (1918)
• Премия Адамса (Adams Prize, 1924)
• Кельвиновская лекция (1930)
• Бейкеровская лекция (1935)
• Королевская медаль (1936)
• Рыцарство (1942)
• Именем Фаулера назван кратер на обратной стороне Луны.
• Имя Фаулера носит группа островов у берегов Антарктиды (Fowler Islands).

Публикации

• Fowler R. H. The elementary differential geometry of plane curves // Cambridge Tracts on Mathematics. — Cambridge: University Press, 1920. — Т. 20.
• Fowler R. H. Statistical mechanics. The theory of the properties of matter in equilibrium. — Cambridge: University Press, 1929. Рецензия А. Я. Хинчина в журнале УФН (1930).
• Fowler R. H., Guggenheim E. A. Statistical thermodynamics. — Cambridge: University Press, 1939. — 693 p. Перевод на русский язык: Р. Фаулер, Э. Гуггенгейм. Статистическая термодинамика. — М.: Изд-во иностр. лит-ры, 1949.

Фаулер является автором около 80 научных статей, из которых можно выделить следующие:

• Fowler R. H., Gallop E. G., Lock C. N. H., Richmond H. W. The aerodynamics of a spinning shell // Philosophical Transactions of the Royal Society of London A. — 1921. — Vol. 221. — P. 295—387. — DOI:10.1098/rsta.1921.0010.
• Darwin C. G., Fowler R. H. On the partition of energy // Philosophical Magazine. — 1922. — Vol. 44. — P. 450—479. — DOI:10.1080/14786440908565189.
• Darwin C. G., Fowler R. H. On the partition of energy. Part II. Statistical principles and thermodynamics // Philosophical Magazine. — 1922. — Vol. 44. — P. 823—842. — DOI:10.1080/14786441208562558.
• Fowler R. H., Milne E. A. The intensities of absorption lines in stellar spectra, and the temperatures and pressures in the reversing layers of stars // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. — 1923. — Vol. 83. — P. 403—424. — DOI:10.1093/mnras/83.7.403.
• Fowler R. H. On dense matter // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. — 1926. — Vol. 87. — P. 114—122. — DOI:10.1093/mnras/87.2.114.
• Fowler R. H., Nordheim L. Electron emission in intense electric fields // Proceedings of the Royal Society of London A. — 1928. — Vol. 119. — P. 173—181. — DOI:10.1098/rspa.1928.0091.
• Fowler R. H. The solutions of Emden's and similar differential equations // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. — 1930. — Vol. 91. — P. 63—92. — DOI:10.1093/mnras/91.1.63.
• Bernal J. D., Fowler R. H. A theory of water and ionic solution, with particular reference to hydrogen and hydroxyl ions // Journal of Chemical Physics. — 1933. — Vol. 1. — P. 515—548. — DOI:10.1063/1.1749327.

• Фаулер Р. Прохождение электронов через поверхность и поверхностные слои // УФН. — 1930. — Т. 10, вып. 1. — С. 135—148.
• Фаулер Р. Электронная теория металлов // УФН. — 1931. — Т. 11, вып. 1. — С. 103—123.
• Резерфорд Э., Чадвик Дж., Эллис Ч. Д., Фаулер Р., Мак-Леннан Дж., Мотт Н. Ф. Дискуссия о структуре атомного ядра // УФН. — 1932. — Т. 12, вып. 5—6. — С. 525—556.
• Фаулер Р. Новейшие достижения в области изучения атомных ядер // УФН. — 1933. — Т. 13, вып. 1. — С. 37—45.
• Берналь Дж., Фаулер Р. Структура воды и ионных растворов // УФН. — 1934. — Т. 14, вып. 5. — С. 586—644.

Комментарии

1. Как показал в 1928 году Арнольд Зоммерфельд, представление о вырожденном электронном газе позволяет объяснить многие свойства гораздо более привычного объекта, чем белый карлик, — металла. Фаулер впоследствии сожалел, что не смог первым увидеть эту возможность.
2. Развитие теории белых карликов в исторической последовательности проследил ученик Фаулера Субраманьян Чандрасекар в своей нобелевской лекции: Чандрасекхар С. О звездах, их эволюции и устойчивости // УФН. — 1985. — Т. 145, вып. 3. — С. 489—506.