Friedrich Hund | Wiki AI Hôm Nay

1. Cuộc đời

Friedrich Hermann Hund đã có một cuộc đời cống hiến cho khoa học, với những năm tháng đầu đời tập trung vào giáo dục và sự nghiệp học thuật kéo dài qua nhiều trường đại học hàng đầu của Đức, đồng thời duy trì một đời sống cá nhân ổn định.

1.1. Thời thơ ấu và Giáo dục

Friedrich Hermann Hund sinh ra tại Karlsruhe, Đức. Ông bắt đầu hành trình học vấn của mình bằng việc theo học toán học, vật lý và địa lý tại Đại học Marburg và Đại học Göttingen. Quá trình giáo dục này đã trang bị cho ông một nền tảng vững chắc trong các ngành khoa học cơ bản, tạo tiền đề cho những nghiên cứu đột phá sau này của ông về lý thuyết lượng tử.

1.2. Sự nghiệp học thuật

Sự nghiệp học thuật của Hund bắt đầu vào năm 1925, khi ông trở thành giảng viên tư nhân về vật lý lý thuyết tại Đại học Göttingen. Từ đó, ông liên tục giữ các chức vụ giáo sư tại nhiều trường đại học uy tín ở Đức. Năm 1927, ông nhận chức giáo sư tại Đại học Rostock, tiếp theo là Đại học Leipzig vào năm 1929, nơi ông giữ chức giáo sư vật lý toán học. Sau đó, ông chuyển đến Đại học Jena vào năm 1946 và Đại học Goethe Frankfurt vào năm 1951, trước khi trở lại Đại học Göttingen vào năm 1957.

Trong suốt sự nghiệp của mình, Hund đã có cơ hội làm việc và hợp tác với nhiều nhà vật lý hàng đầu thời bấy khát, những người đã định hình nên cơ học lượng tử hiện đại. Ông từng là trợ lý của Max Born, cùng Born thực hiện nghiên cứu về giải thích lượng tử của phổ dải trong các phân tử hai nguyên tử. Năm 1926, ông có thời gian nghiên cứu tại Copenhagen cùng với Niels Bohr, một trong những cha đẻ của vật lý lượng tử. Ngoài ra, ông cũng từng giảng dạy về nguyên tử tại Đại học Harvard vào năm 1928 (theo một số nguồn, 1929).

Robert Mulliken và Friedrich Hund tại Chicago, 1929

Hund đã để lại dấu ấn sâu sắc trong lý thuyết lượng tử, đặc biệt là về cấu trúc của nguyên tử và phổ phân tử, thông qua hơn 250 bài báo và luận văn mà ông đã xuất bản. Những đóng góp của ông đã ảnh hưởng lớn đến các nhà khoa học khác, điển hình là Robert S. Mulliken, người đã nhận Giải Nobel Hóa học năm 1966 cho Thuyết quỹ đạo phân tử. Mulliken luôn khẳng định ảnh hưởng to lớn từ công trình của Hund và bày tỏ mong muốn được chia sẻ giải Nobel với ông. Để ghi nhận vai trò của Hund, thuyết quỹ đạo phân tử thường được gọi là thuyết MO Hund-Mulliken.

1.3. Đời sống cá nhân

Friedrich Hund kết hôn với nữ nhà toán học Ingeborg Seynsche (1905-1994) vào ngày 17 tháng 3 năm 1931 tại Barmen. Họ có sáu người con: Gerhard Hund (1932-2024), một kỳ thủ cờ vua và nhà toán học; Dietrich (1933-1939); Irmgard (sinh năm 1934); Martin (1937-2018); Andreas (sinh năm 1940); và Erwin (1941-2022). Các cháu gái của ông, Barbara Hund (sinh năm 1959) và Isabel Hund (sinh năm 1962), cũng đều là những kỳ thủ cờ vua nổi tiếng.

Friedrich Hund qua đời vào ngày 31 tháng 3 năm 1997 tại Karlsruhe, hưởng thọ 101 tuổi. Ông được an táng tại Waldfriedhof ở Munich.

Mộ gia đình Hund-Pfirsch tại Waldfriedhof, Munich, nơi Friedrich Hund được an táng

2. Những đóng góp khoa học chính

Friedrich Hund đã có những đóng góp cơ bản và tiên phong cho vật lý và hóa học lượng tử, định hình sự hiểu biết hiện đại về cấu trúc nguyên tử và phân tử.

2.1. Các quy tắc và phân loại của Hund

Friedrich Hund được biết đến rộng rãi với hai bộ quy tắc và phân loại quan trọng mang tên ông, có ý nghĩa nền tảng trong quang phổ học và hóa học lượng tử:

Các quy tắc của Hund (Hund's rules): Đây là một tập hợp các quy tắc được sử dụng để dự đoán cấu hình electron của một nguyên tử trong trạng thái cơ bản. Trong số đó, Quy tắc Hund về độ bội cực đại (Hund's rule of maximum multiplicity) là quan trọng nhất và thường được gọi đơn giản là Quy tắc Hund trong hóa học. Quy tắc này khẳng định rằng khi các electron chiếm các orbital nguyên tử có năng lượng tương đương (ví dụ, các orbital p, d, f), chúng sẽ sắp xếp sao cho số lượng electron độc thân (không ghép đôi) là tối đa và các electron độc thân này có cùng spin. Điều này dẫn đến sự ổn định năng lượng lớn nhất cho nguyên tử.
Các trường hợp của Hund (Hund's cases): Đây là những phân loại cụ thể về các chế độ ghép nối động lượng góc trong các phân tử hai nguyên tử. Các trường hợp này mô tả cách các vector động lượng góc khác nhau (chẳng hạn như động lượng góc quỹ đạo electron, động lượng góc spin electron và động lượng góc quay hạt nhân) tương tác với nhau, ảnh hưởng đến cấu trúc phổ của phân tử. Việc phân loại này rất quan trọng để phân tích và hiểu các phổ phân tử phức tạp.

Những quy tắc và phân loại này không chỉ giúp giải thích các hiện tượng quan sát được mà còn cung cấp một khuôn khổ lý thuyết để dự đoán hành vi của nguyên tử và phân tử.

2.2. Thuyết quỹ đạo phân tử (thuyết Hund-Mulliken)

Friedrich Hund đã có đóng góp quyết định vào sự hình thành của Thuyết quỹ đạo phân tử (Molecular Orbital theory - MO theory), một trong hai phương pháp chính trong hóa học lượng tử để mô tả cấu trúc điện tử của phân tử (cùng với thuyết liên kết hóa trị). Công trình của Hund trong lĩnh vực này thường được biết đến với tên gọi thuyết Hund-Mulliken, để ghi nhận sự hợp tác và ảnh hưởng lẫn nhau giữa ông và nhà hóa học người Mỹ Robert Mulliken.

Hund và Mulliken đã cùng nhau phát triển ý tưởng rằng các electron trong một phân tử không thuộc về một nguyên tử cụ thể mà được phi bản địa hóa, chiếm các quỹ đạo kéo dài trên toàn bộ phân tử. Mặc dù ban đầu, việc hình dung trực quan các quỹ đạo phân tử có thể phức tạp, nhưng phương pháp này cực kỳ hiệu quả trong việc tiên đoán các tính chất của phân tử, đặc biệt là trong các hệ phức tạp mà thuyết liên kết hóa trị gặp khó khăn. Với sự phát triển của máy tính, phương pháp Hund-Mulliken đã trở nên vô cùng lợi hại, cho phép các nhà khoa học thực hiện các tính toán phức tạp và dự đoán chính xác cấu trúc và tính chất của các phân tử, mở ra cánh cửa cho sự hiểu biết sâu sắc hơn về liên kết hóa học và phản ứng hóa học.

2.3. Hiệu ứng đường hầm lượng tử

Vào năm 1926, Friedrich Hund là người đầu tiên đưa ra khái niệm về hiệu ứng đường hầm lượng tử (quantum tunnelling). Đây là một hiện tượng thuần túy cơ học lượng tử mà trong đó một hạt có thể đi xuyên qua một hàng rào thế năng, ngay cả khi nó không có đủ năng lượng cổ điển để vượt qua hàng rào đó. Khám phá của Hund đã mô tả cách một hạt có thể "đường hầm" qua một rào cản thông qua xác suất lượng tử, thay vì phải nhảy qua nó.

Phát hiện này là một cột mốc quan trọng trong sự phát triển của cơ học lượng tử, làm thay đổi cách các nhà vật lý hiểu về hành vi của hạt ở cấp độ hạ nguyên tử. Hiệu ứng đường hầm lượng tử có vai trò thiết yếu trong nhiều hiện tượng vật lý và hóa học, từ phân rã phóng xạ và phản ứng tổng hợp hạt nhân trong mặt trời cho đến hoạt động của đi-ốt hầm và kính hiển vi quét đường hầm. Việc Hund tiên phong nhận diện và ứng dụng khái niệm này đã đặt nền móng cho những nghiên cứu sâu hơn về tính chất sóng của vật chất và mở rộng hiểu biết về thế giới vi mô.

3. Sách và bài báo khoa học

Friedrich Hund là một tác giả sung mãn, đã xuất bản hơn 250 bài báo khoa học và nhiều sách chuyên khảo quan trọng trong suốt sự nghiệp của mình. Dưới đây là danh sách các ấn phẩm nổi bật của ông:

Versuch einer Deutung der großen Durchlässigkeit einiger Edelgase für sehr langsame Elektronen, Luận án Tiến sĩ, Đại học Göttingen, 1923.
Linienspektren und periodisches System der Elemente (Phổ vạch và Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố), Luận án Habilitation, Đại học Göttingen, Nhà xuất bản Springer, 1927.
Allgemeine Quantenmechanik des Atom- und Molekelbaues (Cơ học lượng tử tổng quát của cấu trúc nguyên tử và phân tử), trong Sổ tay Vật lý (Handbuch der Physik), Tập 24/1, tái bản lần 2, trang 561-694, 1933.
Materie als Feld (Vật chất như một trường), Berlin, Nhà xuất bản Springer, 1954.
Einführung in die Theoretische Physik (Giới thiệu về Vật lý lý thuyết), 5 tập, 1944-1951, Meyers Kleine Handbücher, Leipzig, Bibliographisches Institut, 1945, 1950/51 (tập 1: Cơ học, tập 2: Lý thuyết Điện và Từ tính, tập 3: Quang học, tập 4: Lý thuyết Nhiệt, tập 5: Lý thuyết Nguyên tử và Lượng tử).
Theoretische Physik (Vật lý lý thuyết), 3 tập, Stuttgart Teubner, xuất bản lần đầu 1956-1957 (tập 1: Cơ học, tái bản lần 5 1962; tập 2: Lý thuyết Điện và Ánh sáng, Thuyết tương đối, tái bản lần 4 1963; tập 3: Nhiệt động lực học và Lý thuyết lượng tử, tái bản lần 3 1966).
Theorie des Aufbaues der Materie (Lý thuyết về cấu trúc vật chất), Stuttgart, Teubner, 1961.
Grundbegriffe der Physik (Các khái niệm cơ bản của Vật lý), Mannheim, Bibliographisches Institut, 1969, tái bản lần 2 1979.
Geschichte der Quantentheorie (Lịch sử Lý thuyết lượng tử), 1967, tái bản lần 2, Mannheim, Bibliographisches Institut, 1975, tái bản lần 3 1984; bản dịch tiếng Anh 1974.
Quantenmechanik der Atome (Cơ học lượng tử của Nguyên tử), trong Sổ tay Vật lý/Bách khoa toàn thư Vật lý (Handbuch der Physik/Encyclopedia of Physics), Tập XXXVI, Berlin, Nhà xuất bản Springer, 1956.
Die Geschichte der Göttinger Physik (Lịch sử Vật lý Göttingen), Vandenhoeck und Ruprecht, 1987 (Diễn văn Đại học Göttingen).
Geschichte der physikalischen Begriffe (Lịch sử các khái niệm vật lý), 1968, tái bản lần 2 (2 tập), Mannheim, Bibliographisches Institut, 1978 (tập 1: Sự ra đời của hình ảnh tự nhiên cơ học, tập 2: Con đường đến hình ảnh tự nhiên hiện tại), Nhà xuất bản Spektrum, 1996.
Göttingen, Kopenhagen, Leipzig im Rückblick (Göttingen, Copenhagen, Leipzig nhìn lại), trong Fritz Bopp (chủ biên) Werner Heisenberg und die Physik unserer Zeit, Braunschweig, 1961.

Một danh sách đầy đủ các bài viết của Friedrich Hund (1896-1997) với khoảng 300 mục có thể tìm thấy tại địa chỉ [http://teleschach.de/archiv/schriften_f_hund.htm teleschach.de].

4. Giải thưởng và vinh danh

Friedrich Hund đã nhận được nhiều giải thưởng và danh hiệu cao quý, phản ánh tầm vóc và ảnh hưởng của những đóng góp khoa học của ông:

Thành viên Viện Hàn lâm Khoa học Phân tử Lượng tử Quốc tế (International Academy of Quantum Molecular Science).
Huy chương Max Planck vào năm 1943, một trong những giải thưởng danh giá nhất trong vật lý lý thuyết tại Đức, được trao bởi Hội Vật lý Đức.
Huy chương Cothenius vào năm 1971, do Viện Hàn lâm Khoa học Tự nhiên Leopoldina Đức trao tặng.
Giải thưởng Otto Hahn về Vật lý và Hóa học vào năm 1974, một giải thưởng uy tín của Đức dành cho những thành tựu xuất sắc trong hai lĩnh vực này.

Ngoài các giải thưởng, Friedrich Hund còn được vinh danh theo nhiều cách khác:

Ông được phong làm công dân danh dự của Jena/Saale, thành phố nơi ông từng giảng dạy.
Một con đường ở Jena được đặt tên theo ông.
Vào tháng 6 năm 2004, một phần của tòa nhà mới thuộc Khoa Vật lý tại Đại học Göttingen đã được đặt địa chỉ là Friedrich-Hund-Platz 1, vinh danh nơi ông đã làm việc trong nhiều năm.
Viện Vật lý Lý thuyết tại Đại học Göttingen cũng được đặt theo tên ông là Viện Friedrich Hund.

Những vinh danh này cho thấy sự công nhận rộng rãi đối với tầm quan trọng của Hund trong cộng đồng khoa học và di sản mà ông để lại.

5. Di sản và ảnh hưởng

Di sản của Friedrich Hund bao trùm nhiều khía cạnh của vật lý và hóa học hiện đại, với những đóng góp cơ bản đã định hình sự hiểu biết của chúng ta về thế giới vật chất và mở đường cho nhiều tiến bộ khoa học và công nghệ.

Các công trình của ông về Quy tắc Hund và Trường hợp của Hund là những khái niệm cốt lõi trong hóa học lượng tử và quang phổ học, cung cấp các nguyên tắc dự đoán và giải thích cấu hình electron của nguyên tử cũng như cấu trúc phổ của phân tử. Những quy tắc này không chỉ là công cụ thiết yếu cho các nhà nghiên cứu mà còn là nội dung giảng dạy cơ bản trong các khóa học hóa học và vật lý trên toàn thế giới.

Sự hợp tác của ông với Robert Mulliken trong việc phát triển Thuyết quỹ đạo phân tử (thuyết Hund-Mulliken) đã cách mạng hóa cách chúng ta tiếp cận liên kết hóa học và cấu trúc phân tử. Phương pháp này, đặc biệt khi kết hợp với sức mạnh tính toán của máy tính, đã cho phép các nhà khoa học mô phỏng và dự đoán chính xác tính chất của các vật liệu mới, từ đó thúc đẩy sự phát triển trong ngành dược phẩm, khoa học vật liệu và công nghệ nano.

Phát hiện tiên phong của Hund về hiệu ứng đường hầm lượng tử vào năm 1926 đã mở ra một chương mới trong cơ học lượng tử. Hiệu ứng này không chỉ là một khái niệm lý thuyết trừu tượng mà còn là chìa khóa để hiểu các hiện tượng quan trọng trong vật lý hạt nhân, vật lý chất rắn và thậm chí là sinh học, như trong quá trình sao chép DNA.

Ngoài những đóng góp khoa học trực tiếp, Hund còn có niềm đam mê sâu sắc với lịch sử khoa học. Ông đã viết nhiều tác phẩm về chủ đề này, bao gồm cuốn sách "Lịch sử các khái niệm vật lý" (Geschichte der physikalischen Begriffe^German) được xuất bản nhân dịp sinh nhật lần thứ 100 của ông vào năm 1996. Công trình này, cùng với các cuộc phỏng vấn mà ông tham gia, đã cung cấp những cái nhìn quý giá về sự phát triển của các ý tưởng vật lý và bối cảnh lịch sử của chúng.

Những nghiên cứu của Friedrich Hund đã tạo nền tảng vững chắc cho nhiều lĩnh vực nghiên cứu sau này, giúp củng cố và mở rộng hiểu biết chung về thế giới vật chất. Di sản của ông không chỉ nằm ở các công thức và lý thuyết mà còn ở phương pháp tư duy khoa học và tinh thần không ngừng khám phá, góp phần vào sự tiến bộ của tri thức nhân loại và mang lại lợi ích lâu dài cho xã hội.