פאול פטר אוואלד
השכלה

פאול פטר אוואלד נולד למשפחה אמידה בברלין גרמניה. אביו, שהיה מרצה באוניברסיטה, נפטר לפני שאוואולד נולד והוא גדל במחיצת אימו בלבד. אוואלד למד לימודים קלאסיים בגימנסיות בברלין ובפוטסדאם, שם למד לדבר יוונית, צרפתית ואנגלית, בנוסף לשפת האם, גרמנית.
את השכלתו האוניברסיטאית החל אוואלד בלימודי הפיזיקה, הכימיה והמתמטיקה בקולג' גונוויל וקאיוס (Gonville and Caius College) באוניברסיטת קיימברידג', במהלך חורף 1905. במהלך 1906 ו-1907 הוא המשיך את השכלתו הרשמית באוניברסיטת גטינגן, כשהוא מייחד את עיקר עניינו למתמטיקה. בתקופה זו נחשבה גטינגן למרכז מתמטיקה ברמה עולמית בראשות שלושת ה"מנדרינים" של גטינגן: פליקס קליין, דויד הילברט והרמן מינקובסקי. כשלמד בגטינגן שכר אותו הילברט כ"אאוסארבייטר" (Ausarbeiter – עובד חוץ), משרת לבלר בתשלום. הוא רשם סיכומים בזמן ההרצאות של הילברט, אסיסטנט של הילברט (באותה תקופה ארנסט הלינגר) אישר את הסיכומים ואז הכין אוואלד עותק נקי עבור ה"לסאצימר" (Lesezimmer) – חדר לימודי המתמטיקה. ב-1907 הוא המשיך את לימודי המתמטיקה באוניברסיטת מינכן (הידועה בראשי התיבות LMU של שמה המלא Ludwig-Maximilians-Universität) במכון לפיזיקה תאורטית תחת המנהל ארנולד זומרפלד. ב-1912 הוענק לו דוקטורט. התזה שלו פיתחה את חוקי התפשטות קרני רנטגן בגביש יחד. לאחר קבלת הדוקטורט שימש אוואלד כאסיסטנט לזומרפלד.
במהלך חופשת חג המולד של 1911 וינואר 1912 היה אוואלד בשלבי סיום כתיבת התזה לדוקטורט בהדרכת זומרפלד. היה זה בינואר, במהלך טיול משותף ב"גן האנגלי" (Englische Garten) שבמינכן, שאוואלד סיפר למקס פון לאואה על נושא התזה שלו. אורכי הגלים שהטרידו את אוואלד היו בספקטרום של האור הנראה ולכן ארוכים בהרבה מהמרווח שבין המהודים (רזונטור – מכשיר להגברת עוצמת הגל על ידי תהודה) במודל הגביש של אוואלד. לאואה נראה שקוע בהרהורים ותהה מה תהיה התוצאה אם ייעשה שימוש בקרניים אלקטרומגנטיות בעלות אורכי גל קצרים הרבה יותר כפי שהייתה אז ההשערה המקובלת לגבי טיבן של קרני רנטגן. הוא שיער שקרנים כאלו יגרמו במצב זה לתופעה של עקיפה או התאבכות וגבישים יכולים להיות תווך שיגרום לתופעה כזו. בהדרכתו ביצעו ולטר פרידריך (Walter Friedrich) שהיה אסיסטנט של זומרפלד ופאול קְניפּינג (Paul Knipping) מה-LMU ניסוי מוצלח בעקיפה בעזרת קרני רנטגן. אוואלד שמע על כך רק ביוני של אותה שנה, לאחר שזומרפלד דיווח על הניסוי לחברה הפיזיקלית (Physikalische Gesellschaft) של גטינגן. פון לאואה קיבל את פרס נובל לפיזיקה ב-1914 בגין תגלית זו.
בעקבות ההתפתחויות המטאוריות בפיזיקה תאורטית בתחילת המאה ה-20 והתבססותה על המתמטיקה החליט דויד הילברט ליזום מהלך של העמדת המדעים על בסיס פורמלי, ולהתחיל מפיזיקה. ב-1912 ביקש הילברט מעמיתו וידידו ארנולד זומרפלד לשלוח אליו אסיסטנט מיוחד לפיזיקה. זומרפלד שלח את אוואלד, שכונה "המורה של הילברט לפיזיקה", והוא מילא תפקיד זה עד 1913, כאשר זומרפלד שלח סטודנט אחר שלו, אלפרד לנדה (Alfred Landé). הבעיה הראשונה שהילברט הטיל על אוואלד לפתור הייתה לסקור את המחלוקת בספרות המדעית על הקבועים של האלסטיות בגבישים ולדווח להילברט בחזרה. שנים אחר-כך פתר מקס בורן מאוניברסיטת גטינגן את הבעיה.
במהלך שהותו של אוואלד בגטינגן הוא ביקר לעיתים תכופות ב"אֶל בּוֹקָארֶבּוֹ" (El BoKaReBo). זה היה כינויו של פנסיון שניהלה הנזירה אני (Annie) בדלמנשטרסה (Dahlmannstarsse) מס' 17. הכינוי נגזר מהאותיות הראשונות של שמות המשפחה של המתאכסנים: "אֶל" על שמה של אלה פיליפזון (Ella Philipson – סטודנטית לרפואה), "בּוֹ" עבור מקס בורן (פריבט-דוצנט) והאנס בולצה (Hans Bolza – סטודנט לפיזיקה), "קא" עבור תיאודור פון קרמן (Theodore von Kármán) (פריבט-דוצנט) ו"רה" עבור אלברכט רנר (Albrecht Renner – סטודנט לרפואה). ריכרד קוראנט (Richard Courant) כינה חבורה זו ה"קבוצה הפנימית". בפנסיון זה פגש אוואלד את אלה פיליפזון שלימים הפכה לרעייתו.
באביב 1913 פרסם נילס בוהר מהמכון לפיזיקה תאורטית באוניברסיטת קופנהגן את התאוריה שזכתה מאז לכינוי מודל האטום של בוהר. שנה אחר כך נכח אוואלד בכינוס של האגודה הבריטית לקידום המדע בבירמינגהאם שם שמע דיווחים ודיונים על סקירה של ג'יימס ג'ינס (James Jeans) על תאוריית הקרינה ומודל בוהר. דיווחו של אוואלד על הכנס עורר שטח מחקר חדש ראשי עבור זומרפלד ותלמידיו – לימוד והסבר הספקטרום האטומי ספקטרוסקופיה מולקולרית ויצירת מודל תאורטי של מבנה האטומי והמולקולרי.
במהלך מלחמת העולם הראשונה, שרת אוואלד בצבא הגרמני כטכנאי רפואי (מפעיל מצלמת רנטגן) בחזית דבינסק השקטה יחסית. כשיכול היה הוא המשיך לחשוב על הפיזיקה של התזה שלו לדוקטורט, והוא פיתח את התאוריה הדינמית של עקיפה של קרני רנטגן, שבה היה עתיד לעשות שימוש בהביליטציה (Habilitation) שלו. בסיום המלחמה חזר אוואלד ל-LMU כאסיסטנט לזומרפלד. הוא השלים את ההביליטציה ב-1917 וקיבל משרת פריבט-דוצנט שם, כשהוא נשאר אסיסטנט לזומרפלד.
ב-1921 בהיותו עדיין ב-LMU פרסם אוואלד מאמר על שיטה לניתוח שדות דיפול בגבישים באמצעות פונקציית תטא, נגזרת מעבודתו הקודמת על התאוריה הדינמית של אופטיקה וקרני רנטגן בגבישים, שהופיעה בשלושה מאמרים בביטאונים מקצועיים. על פי אוואלד התמריץ לשיטה הגיעה בעת חופשת סקי בעיירה מיטנוולד בפסחא 1911. היה זה מנהגו של זומרפלד לקחת עמו את התלמידים והסטודנטים שלו לחופשות סקי בחורף וטיפוס הרים בקיץ, בהם הדיונים על פיזיקה היו קשים לא פחות מהמאמץ הגופני שנתבע מהם. אוואלד התקשה אז בביצוע החישובים ואת הפתרון סיפק האסיסטנט של זומרפלד והדוקטורנט לשעבר, פטר דביי, תוך דיון שארך 15 דקות בלבד. המאמר של אוואלד צוטט באופן נרחב בספרות המקצועית כמו גם בספרות המדעית, כמו למשל ב"תאוריה דינמית של סריגי הגביש" שכתבו מקס בורן וקון הואנג.