Rudolf Ernst Peierls (wym. []; ur. 5 czerwca 1907, zm. 19 września 1995) – urodzony w Niemczech brytyjski fizyk teoretyczny, znany m.in. z udziału w pracach nad bombą jądrową. Zajmował się wieloma dziedzinami fizyki, w tym fizyką ciała stałego, fizyką jądrową i mechaniką statystyczną. Jeszcze przed wojną współtworzył podstawy fizyki ciała stałego, m.in. wprowadził pojęcie „dziur” w teorii elektronów w ciałach stałych. W 1940 roku napisał wspólnie z Ottonem Robertem Frischem , które jako pierwsze wykazało, że bombę atomową można zbudować z niewielkiej ilości rozszczepialnego . Odegrał następnie znaczącą rolę w Tube Alloys, brytyjskim programie broni jądrowej, a potem w projekcie Manhattan, wspólnym alianckim programie budowy bomby jądrowej.

W latach 1937–1963 był profesorem na Uniwersytecie w Birmingham, a następnie, do przejścia na emeryturę w 1974 roku, na Uniwersytecie Oksfordzkim. Po zdemaskowaniu w 1950 roku radzieckiego szpiega Klausa Fuchsa, którego Peierls sprowadził do prac nad bombą, podejrzenia padły także na niego. Nigdy ich nie potwierdzono. Zaniepokojony konsekwencjami rozwoju broni jądrowej, do którego sam się przyczynił, angażował się w ruch Pugwash.

Młodość mały|Zakłady AEG w Oberschöneweide na zdjęciu lotniczym z 1925 roku. Ojciec Peierlsa od 1901 roku kierował tamtejszą kablownią Kabelwerk Oberspree Rudolf Ernst Peierls urodził się na berlińskim przedmieściu Oberschöneweide jako najmłodsze z trojga dzieci Heinricha Peierlsa (1867–1945), inżyniera elektryka pochodzącego z Wrocławia, z rodziny żydowskich kupców. Jego ojciec był dyrektorem zarządzającym fabryki kabli koncernu AEG. Wstąpił do koncernu w 1888 roku i objął dyrekcję zakładu w Oberschöneweide, w 1901 roku został dyrektorem tamtejszej kablowni „Kabelwerk Oberspree”, w 1908 roku wszedł do zarządu spółki, a w 1929 roku do jej rady nadzorczej. Matką Rudolfa była pierwsza żona ojca, Elisabeth (Elli, 1878–1921), z zawodu nauczycielka, córka Alfreda Weigerta i Olgi z domu Hamburger, również pochodzących z Wrocławia. Rodzice Peierlsa byli kuzynami pierwszego stopnia po linii Weigertów. Rudolf miał brata Alfreda (ur. 1899) i siostrę Annie (ur. 1901), starszych od niego odpowiednio o osiem i sześć lat.

Jego matka zmarła na chłoniaka Hodgkina w 1921 roku, gdy Rudolf miał czternaście lat, a ojciec ożenił się około 1924 roku z Else Hermann, szwagierką dramaturga . Rodzina była żydowska, lecz , a Peierls i jego rodzeństwo zostali ochrzczeni jako luteranie. Po osiągnięciu pełnoletności Peierls wystąpił z Kościoła. Od 1928 roku był bezwyznaniowy.

Peierls rozpoczął naukę w szkole z rocznym opóźnieniem, ponieważ potrzebował okularów, a rodzice obawiali się, że je zgubi lub stłucze. Po dwóch latach w miejscowej szkole przygotowawczej wstąpił do tamtejszego , Humboldt Gymnasium, gdzie spędził kolejne dziewięć lat i w 1925 roku zdał egzaminy . Chciał studiować inżynierię, ale rodzice, którzy wątpili w jego zdolności praktyczne – nosił okulary i brakowało mu zręczności – podsunęli mu raczej fizykę. Praktyka, którą odbył potem w fabryce AEG, utwierdziła go w zamiarze studiowania fizyki teoretycznej. O to, czy wybrać fizykę doświadczalną, czy teoretyczną, pytał wcześniej znajomego ojca, chemika Fritza Habera. Ten wypytał go o ostatnie lektury i orzekł, że najlepiej sprawdzi się w pracy doświadczalnej. Studia rozpoczął na Uniwersytecie Fryderyka Wilhelma w Berlinie, gdzie słuchał wykładów Maxa Plancka, Walthera Bothego i Walthera Nernsta. Wśród jego kolegów ze studiów byli i , występująca wówczas pod panieńskim nazwiskiem Käte Sperling. Zajęcia w laboratorium fizycznym były przepełnione, więc studentów pierwszego roku zachęcano, by zamiast nich wybierali kursy fizyki teoretycznej. Peierlsowi przedmiot ten przypadł do gustu. Zdaniem Sabine Lee, autorki jego biogramu w „”, teoretykiem został w ten sposób niemal przez przypadek, a ten wybór przesądził o dalszej karierze.

W 1926 roku Peierls postanowił przenieść się na Uniwersytet Ludwika i Maksymiliana w Monachium, aby studiować pod kierunkiem Arnolda Sommerfelda. Wśród tamtejszych kolegów ze studiów byli studiujący rok wyżej Hans Bethe, z którym Peierls zaprzyjaźnił się na całe życie, i . Pierwsze wystąpienie seminaryjne u Sommerfelda poświęcił ogłoszonym na początku 1927 roku pracom Diraca i Pascuala Jordana o teorii transformacji. Było to zadanie trudne, ale pouczające. W tym czasie ustępowała miejsca nowej mechanice kwantowej Wernera Heisenberga i Paula Diraca. W 1928 roku Sommerfeld wyruszył w podróż dookoła świata, a w Lipsku od roku kierował katedrą Heisenberg. Za radą Sommerfelda Peierls przeniósł się wiosną 1928 roku na Uniwersytet Lipski. Jeszcze w czasie studiów, podczas wakacji w Anglii, odwiedził Cambridge i zgłosił się do poznanego wcześniej Diraca. Ten przedstawił go Ralphowi H. Fowlerowi, najstarszemu wówczas rangą teoretykowi w Cambridge, a Fowler od razu poprosił go o referat o pracach Blocha na posiedzeniu , głównego wtedy forum dyskusji fizycznych w tym mieście.

Gdy Peierls przyjechał do Lipska, Heisenberg pracował nad teorią ferromagnetyzmu. Wiadomo było, że zjawisko to wynika z uporządkowania spinów elektronów w metalu, lecz przyczyna tego uporządkowania pozostawała nieznana. Heisenberg podejrzewał, że powoduje je efekt kwantowomechaniczny, wywołany zakazem Pauliego. Pierwsze zadania, jakie Heisenberg postawił przed Peierlsem – wyjaśnienie poszerzenia linii widmowych promieni kanalikowych i zbadanie, co dla przewodnictwa metalu daje model Heitlera–Londona – okazały się bezowocne. Bardziej owocna była praca nad efektem Halla. Dodatniego znaku efektu Halla, uchodzącego wówczas za anomalię, nie dawało się wyjaśnić klasyczną teorią metali, a Heisenberg uznał, że zjawisko to może wyjaśnić mechanika kwantowa. Peierlsowi się to udało i tak powstała jego pierwsza opublikowana praca – to Heisenberg polecił mu ogłosić wyniki.

Heisenberg wyjechał w 1929 roku, aby wykładać w Ameryce, Chinach, Japonii i Indiach, a Peierls za jego radą przeniósł się wiosną tego roku do Politechniki Federalnej w Zurychu (ETH), gdzie studiował pod kierunkiem Wolfganga Pauliego. Pauli zlecił mu zbadanie drgań atomów w sieci krystalicznej. Peierls zbadał – i nazwał – zjawisko : zderzenie fal drgań sieci, w którym suma ich wektorów falowych zmienia się o wektor sieci odwrotnej, przez co kryształ stawia opór przepływowi ciepła. Po latach żałował, że wprowadził do literatury tak brzydko brzmiące słowo. Tłumaczył też, dlaczego niemieckie złożenie pisze się przez dwa „p”, choć budowa wyrazu dawałaby trzy: reguła niemieckiej ortografii każe wtedy opuścić jedną z trzech takich samych liter. Pracę tę przedstawił jako rozprawę (O kinetycznej teorii przewodnictwa cieplnego w kryształach), którą Uniwersytet Lipski przyjął w 1929 roku. Horst Kant podaje, że doktoryzował się w Lipsku u Friedricha Hunda. Pracę wykonał w Zurychu, ale jeden semestr studiów na miejscu nie wystarczał tam do doktoratu, podczas gdy w Lipsku wystarczały dwa – w lipcu 1929 roku wrócił więc do Lipska, by tam złożyć rozprawę.

Wniosek, że przewodnictwo cieplne idealnego kryształu o siłach czysto harmonicznych byłoby nieskończenie wielkie, pochodził z wcześniejszych prac Maxa Borna i Petera Debye’a, a Peierls przyjął go za punkt wyjścia. Wykazał natomiast, że spośród zderzeń fononów (kwantów drgań sieci krystalicznej) skończony opór cieplny idealnego kryształu dają dopiero procesy umklapp – takie, w których suma wektorów falowych wykracza poza strefę i wraca do niej „przerzucona”. Ponieważ w niskich temperaturach procesy te zamierają, opór cieplny miał wedle jego rachunku maleć wykładniczo, choć zaburzenia sieci nakładają na to człon proporcjonalny do temperatury. Z jego teorii wynikały konkretne przewidywania dotyczące bardzo niskich temperatur, lecz minęło kolejnych dwadzieścia lat, zanim opracowano techniki pozwalające potwierdzić je doświadczalnie – i nawet wtedy udało się to tylko dla materiałów o dużej czystości nie tylko chemicznej, ale i izotopowej. Wymóg czystości izotopowej sam wówczas przeoczył. Przewidziany przez niego szybki wzrost przewodnictwa cieplnego w niskich temperaturach zaobserwował dopiero w 1951 roku Berman w Oksfordzie, i to w substancjach, które akurat nie zawierały różnych izotopów.

Początki kariery Peierls przyjął propozycję Pauliego, by jesienią 1929 roku zostać jego asystentem w miejsce Felixa Blocha. Sam Pauli mawiał o nim, że „mówi tak szybko, że zanim zrozumie się, co powiedział, twierdzi już coś przeciwnego”. Zarabiał na tym stanowisku 400 franków szwajcarskich miesięcznie i planując małżeństwo, obliczył, że jest to suma wystarczająca dla jednej osoby, ale nie dla dwóch. Jeszcze przed objęciem asystentury przełożył na niemiecki nową książkę Louisa de Broglie’a o mechanice falowej. Żaden francuski wydawca nie podjął się wówczas druku oryginału, więc pierwszeństwo miały wydania niemieckie i angielskie. Pozostał na tym stanowisku trzy lata, czyli dłużej, niż taka asystentura trwała zwykle – Pauli z zasady wymieniał asystentów i trzy lata były rekordem.

Jesienią 1930 roku Peierls i Pauli wykazali, że trudność energii własnej elektronu i trudność energii zerowej pola elektromagnetycznego znoszą się nawzajem, a gdy Heisenberg przysłał rozwiązanie obu naraz, Peierls znalazł w nim błąd. Opracował tam pierwszą teorię pasmową elektronów w metalu jednowymiarowym, oddając wpływ elektronów na sieć słabym oddziaływaniem okresowym. Przebywał tam wówczas na stypendium rządu Związku Radzieckiego Lew Landau, z którym Peierls zaprzyjaźnił się niemal od razu po jego przyjeździe jesienią 1929 roku. Wspólnie wyprowadzili serię równań falowych dla fotonów, podobnych do równania Schrödingera, opisujących pole elektromagnetyczne i jego oddziaływanie z materią w przestrzeni konfiguracyjnej kwantów światła (przestrzeni, której współrzędnymi są położenia wszystkich cząstek układu naraz). Otrzymane tą drogą wyniki pokrywały się z wynikami Heisenberga i Pauliego. Ich równania, choć skomplikowane, okazały się pozbawione sensownej interpretacji fizycznej, bo opis oparty na położeniach fotonów przeczy ogólnym zasadom teorii. Po latach Peierls uznawał tę pracę za wartościową już tylko metodologicznie. Wprowadzała układ równań sprzężonych, z których każde odnosiło się do innej liczby cząstek. Z tego podejścia skorzystał później Fermi w teorii rozpadu beta.