Феликс Блох

Краткая биография

Жизнь и работа

Феликс Блох родился 23 октября 1905 года в Цюрихе. Он учился в ETH Zürich и в годы становления квантовой механики слушал лекции Питера Дебая, Германа Вейля и Эрвина Шрёдингера. Затем Блох переехал в Лейпциг и стал одним из первых аспирантов Вернера Гейзенберга.

Его ранняя работа была связана с фундаментальным вопросом физики твёрдого тела: как ведёт себя электрон внутри периодической кристаллической решётки. Блох показал, что волновые функции электронов в периодическом потенциале имеют особую форму, позднее названную состояниями или волнами Блоха. Этот результат стал одной из основ зонной теории твёрдых тел.

После прихода нацистов к власти Блох, происходивший из еврейской семьи, покинул Германию. В 1934 году он начал работать в Стэнфордском университете и вскоре стал одним из ключевых физиков нового американского исследовательского центра.

После Второй мировой войны Блох переключился на свойства атомных ядер в магнитном поле. Ядра многих атомов обладают магнитным моментом и могут вести себя подобно маленьким магнитам. В постоянном магнитном поле их состояния имеют определённую ориентацию, а радиочастотное поле может вызывать резонансные переходы.

В 1946 году Блох, Уильям Хансен и Мартин Паккард продемонстрировали явление ядерной индукции в обычном веществе. Почти одновременно Эдвард Пёрселл и его коллеги в Гарварде разработали независимый метод наблюдения ядерного магнитного резонанса. Поэтому создание NMR нельзя приписывать одному человеку или одной лаборатории.

Подход Блоха позволял регистрировать электромагнитный сигнал, возникающий из-за прецессии суммарной ядерной намагниченности. Он также сформулировал уравнения, описывающие динамику намагниченности и её возвращение к равновесию. Эти уравнения Блоха до сих пор являются базовым языком NMR и магнитно-резонансной томографии.

В 1952 году Блох и Пёрселл разделили Нобелевскую премию по физике за разработку новых методов точных ядерных магнитных измерений и связанные с ними открытия. Первоначально эти методы использовались прежде всего для изучения физики вещества и химической структуры.

Позднее NMR превратилась в один из важнейших аналитических методов химии и биохимии. Различные химические окружения немного меняют резонансные частоты ядер, поэтому по спектру можно восстанавливать строение молекул. Из тех же физических принципов выросла MRI — магнитно-резонансная визуализация, позволяющая получать изображения тканей внутри организма без ионизирующего излучения.

Блох также сыграл важную организационную роль в европейской науке: в 1954 году он стал первым генеральным директором CERN. Его карьера соединяет несколько крупных направлений XX века — квантовую механику твёрдого тела, ядерную физику и методы магнитного резонанса.