Lars Onsager

Lars Onsager (født 27. november 1903 i Christiania, død 5. oktober 1976 i Coral Gables i Florida) var en norskfødt amerikansk vitenskapsmann i fysikalsk kjemi. Han ble nominert flere ganger både til Nobelprisen i kjemi og fysikk. I 1968 mottok han Nobelprisen i kjemi.

Bakgrunn 
Han ble født i Kristiania og foreldrene var Ingrid Kirkeby (1880–1961) og høyesterettsadvokat Erling Onsager (1876–1953).

Utdannelse 
Onsager begynte sine studier i kjemi ved NTH i Trondheim allerede som 16-åring, og var ferdig utdannet sivilingeniør i 1925, før han hadde fylt 22. Hans diplomoppgave var innen eksperimentalfysikk. I løpet av studietiden fattet han også stor interesse for matematikk. Hans senere forskning og vitenskapelige resultater innen kjemi og fysikk, var «preget av stor matematisk virtuositet».   

Han fikk sin PhD-grad ved Yale University i 1935, etter at han hadde flyttet til USA. Avhandlingen hans, Solutions of the Mathieu equation of period 4n and certain related functions, var ren matematikk, og det var først etter at Yales' kjente matematiker Einar Hille uttalte at det ville være en ære å gi Onsager en doktorgrad i matematikk, at kjemikerne aksepterte den.

Liv og virke 
Etter avsluttede NTH-studier, reiste han til Zürich. Her møtte han Peter Debye ved Eidgenössische Technische Hochschule (ETH). Våren 1926 kom han tilbake til ETH, og arbeidet i nærmere to år som assistent for Debye. Mens han var i Zürich, organiserte han sine resultater når det gjaldt teori om elektrolytter, for publisering. Han utvidet sine fysikkunnskaper og knyttet bekjentskap med flere ledende fysikere.   

I 1928 flyttet han permanent til USA. Her arbeidet han først, vårsemesteret 1928, ved Johns Hopkins University i Baltimore, Maryland. Han var kjent som en fremragende teoretiker, men som en svært dårlig foreleser, og hans engasjement ved Johns Hopkins ble ikke fornyet. Han fikk en stilling ved Brown University på Rhode Island. Der ble han i fire år. Fra 1933 var Yale University hans faste arbeidsplass, frem til han ble pensjonist i 1972. Da flyttet han til University of Miami, Coral Gables, og ble der til sin død i 1976.  

Han var gift med Margarethe, født Arledter. Erling Onsager er sønn av Lars og Margarethe.

I 1945 fikk han amerikansk statsborgerskap.

Forskning 
Mens han arbeidet ved Brown, utviklet han det som senere ble kjent som Onsagers resiprositetsrelasjoner i irreversibel termodynamikk. Dette er også kalt Onsagerrelasjonene, og er, kort beskrevet, en statistisk analyse av diffusjon. Den første versjonen kom i 1929, mens det utvidede ligningssettet ble publisert i 1931. Relasjonene er knyttet til transportkoeffisienter som sier hvilke strømmer som oppstår som følge av krefter av forskjellig slag. Et velkjent eksempel på lineær transport er Ohms lov, I=U/R, der I er den elektriske strømmen, U er spenningen som driver strømmen, og 1/R transportkoeffisienten, der R er den elektriske motstand. Onsager-relasjonene dreier seg om koeffisientene som bestemmer krysskoblingen mellom forskjellige krefter og strømmer, for eksempel varmestrøm forårsaket av elektrisk spenning – og elektrisk strøm forårsaket av en temperaturdifferens. Når de lineære transportligningene skrives på en bestemt måte, vil koeffisientene utvise symmetrien Lik=Lki. Denne typen symmetri var kjent for en rekke kryss-koeffisienter, men den var ikke forstått. Det Onsager viste, var at symmetrien på makronivå er et direkte resultat av en symmetri på mikronivå. Dersom man studerer den mekaniske bevegelsen til et system av mange atomer eller molekyler vil, under de fleste forhold, de mekaniske ligningene ha samme form for beskrivelse av utviklingen bakover i tid som fremover. Det er denne symmetrien på molekylnivå mellom fortid og fremtid som Onsager viste fører direkte til symmetrien på makronivå til krysskoeffisientene i transport.

Betydningen av disse Onsagers såkalte resiprositetsrelasjoner ble ikke fullt ut forstått før etter krigen, men de ble fremhevet i begrunnelsen for hans Nobelpris i kjemi i 1968. Det som derimot førte til Onsager plutselige berømmelse utenfor fysikalsk kjemi, var hans eksakte løsning under krigen av Ising-modellen, først som en bemerkning i 1942, deretter publisert i 1944. Ising-modellen er den enklest tenkelige modell for et system med faseovergang (analogt faseovergangen mellom vann og is) som skyldes mikroskopiske vekselvirkninger: På et uendelig kvadratisk gitter er det et spinn (en liten magnetnål som kan ha to mulige orienteringer, «opp» eller «ned»). Mellom nabospinn er det en vekselvirkning som gjør det energetisk foretrukket at spinnene peker samme vei. Systemets totale magnetisering er summen av alle enkeltspinnene, med pluss for opp, minus for ned. Ved høye temperaturer er vekselvirkningen for svak til å disiplinere spinnene, de vil peke opp og ned slik at den totale magnetiseringen er null. Under en bestemt temperatur (den kritiske), får vekselvirkningen overtaket, da vil spinnene kollektivt foretrekke en av de to mulige orienteringene, og den totale, spontane magnetisering blir forskjellig fra null. Onsager løste Ising-modellen eksakt i null magnetfelt, og viste at varmekapasiteten divergerer logaritmisk ved kritisk temperatur. Dette var første gang en eksakt løsning ble funnet for et vekselvirkende mangepartikkel-system. Flere eksakte resultater for modellen ble utviklet av Onsager i samarbeid med Bruria Kaufmann i årene som fulgte.

For løsningen av Ising-modellen (blant annet) ble Onsager nominert for Nobelprisen i fysikk. Han hadde en imponerende rekke betydelige resultater på sin vitenskapelige merittliste. Da han fikk telefonen fra Stockholm om at han var blitt tildelt nobelprisen for "Onsager-teorien" var hans respons:«Onsager-teorien? Det kan være litt av hvert det. Hvilken gjelder det?»

Vitenskapelige høydepunkt 
Listen er hentet fra Hemmer & Hiis Hauge (1993), s. 103, der ikke annet er nevnt:

 1926 Elektrolytters termodynamikk
 1927 Elektrolytters transportegenskaper
 1931 Resiprositetsrelasjoner for irreversible prosesser
 1936 Onsagerformelen for dielektrisitetskoeffisienten
 1938 Rekombinasjonssannsynlighet for ioner
 1944 løsning av den todimensjonale Isingmodellen
 1949 Den spontane magnetisering for Isingmodellen
 1949 Virvelkvantisering
 1949 Teori for flytende krystaller
 1952 Teori for de Haas–van Alphen-effekten
 1953 Machlup–Onsagers fluktuasjonsteori
 1956 Langtrekkende orden i superfluider

Utmerkelser (utvalg) 
 1947 – æresmedlem i Norsk kjemisk selskap 
 1953 – Rumford Medal fra American Academy of Arts and Sciences
 1958 – The Lorentz Medal fra The Royal Netherlands Academy of Sciences
 1960 – æresdoktor ved Norges tekniske høgskole
 1962 – The Lewis Medal, fra American Chemical Society, California Section
 1965 – The Peter Debye Award i fysikalsk kjemi fra The American Chemical Society
 1969 – National Science Medal
 1969 – æresmedlem av The Bunsen Society for fysikalsk kjemi

Arven etter Onsager 
Etter Onsagers bortgang donerte familien hans nobeldiplom og æresbevisninger, vitenskapelige arbeider og noen av hans forskningsrelaterte eiendeler til NTH, som var hans Alma mater. Dette Lars Onsager-arkivet inneholder Onsagers samlede arbeidsnotater, bilder, illustrasjoner og forskningsresultater, og er i dag organisert som et eget arkiv ved NTNU UB Dorabiblioteket. Det er åpent for alle som er interessert i Lars Onsagers arbeider, og det meste av hans arbeider kan brukes fritt innen forskning og undervisning. Mye av arkivet er digitalisert og tilgjengelig via Arkivportalen. Der finnes et komplett register over materialet, også det som ikke er digitalisert.

NTH etablerte i 1993 Lars Onsagers professorat og Lars Onsager-forelesningen.

Referanser

Litteratur 
 Per Chr. Hemmer, Helge Holden og Signe Kjelstrup Ratkje (Eds.): The Collected Works of Lars Onsager (with Commentary). World Scientific Series in 20th Century Physics – Vol. 17  (World Scientific, Singapore 1996) ISBN 981-02-2563-6

 Martin H. Krieger: Constitutions of matter : mathematically modelling the most everyday of physical phenomena. University of Chicago Press 1996.  ISBN 0-226-45304-9  Inneholder en detaljert pedagogisk diskusjon av Onsagers løsning av faseovergang til 2-D Ising model.

Eksterne lenker 

 Onsagers  Nobelpris-forelesning The Motion of Ions: Principles and Concepts
  Lars Onsagers privatarkiv finnes ved NTNU Universitetsbiblioteket 
  Lars Onsager profil, NNDB.
  Lars Onsager forelesning og Lars Onsager Professoratet.

 
Norske forskere
Norske kjemiprofessorer
Norske nobelprisvinnere
Nobelprisvinnere fra USA
Nobelprisvinnere (kjemi)
Medlemmer av Royal Society
Æresdoktorer ved NTNU
Alumni fra NTH
Personer fra USA født i Norge
Personer fra Oslo