Im Jahr 1923 wurde der amerikanische Physiker Robert Andrews Millikan (1868-1953) mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet,

„für seine Arbeit über die elementare Ladung der Elektrizität und über den photoelektrischen Effekt“.,

In seinem Nobelvortrag „The Electron and the Light-Quant from the Experimental Point of View“ bezog er sich auf das Experiment, das es ihm ermöglicht hatte, die Ladung des Elektrons zu bestimmen, und ließ sein Publikum davon überzeugt, Elektronen gesehen zu haben:

„Wer dieses Experiment gesehen hat und Hunderte von Forschern es beobachtet hat, hat das Elektron buchstäblich gesehen“.

Ziemlich oft sagen wir Physiker, dass wir die Dinge sehen, an denen wir arbeiten, egal wie klein oder sogar abstrakt sie auch sein mögen., Es besteht jedoch kein Zweifel, dass sich in dem von Millikan verwendeten Apparat eine Welt von Partikeln befand, mit der er so vertraut wurde, dass er unerschütterlich behauptete, die Dinge in dieser Welt zu sehen.

Die Physik erfordert Experimente, genaue Messungen und natürlich Schlussfolgerungen. Es gibt zahlreiche Beispiele für entscheidende Experimente in der Geschichte der Physik., Einer der bekanntesten und wichtigsten davon war der, der die Bestimmung der Ladung des Elektrons ermöglichte, die 1909 von Millikan durchgeführt wurde und als Öltropfen-Experiment oder einfach als Millikan-Experiment bekannt wurde. Es ist in der Tat als einer der „schönsten Experimente in der Physik“ und war ausschlaggebend, damit die Messung der Ladung des Elektrons

Robert Andrews Millikan wurde am 22. Nach seinem Abschluss am Oberlin College in Ohio (1891) – wo er besonders gerne Griechisch und Mathematik studierte-absolvierte er zwei Kurse in Elementarphysik, die sein Interesse an dieser Disziplin weckten. 1893 erhielt er ein Stipendium an der Columbia University, an dem er 1895 für eine Dissertation über die Polarisation von Licht, das von Glühlampenoberflächen emittiert wurde, promovierte., Ein Phänomen, das ursprünglich (1824) von François Aragó beobachtet worden war, verwendete Millikan geschmolzenes Gold und Silber des US-Finanzministeriums, um seine These zu beweisen. Nachdem er ein Jahr (1896) in Deutschland an den Universitäten Berlin und Götingen verbracht hatte, kehrte er in die USA zurück, um eine Einladung des Physikers und Nobelpreisträgers Albert A. Michelson anzunehmen, sein Assistent im kürzlich gegründeten Ryerson Laboratory an der Universität von Chicago zu werden. 1910 wurde er dort Dozent, ein Posten, den er bis 1921 innehatte., Im Laufe seines Lebens (er starb 1953) war Millikan Professor für Physik, Direktor des Norman Bridge Physics Laboratory und Präsident des California Institute of Technology (CALTECH).

Ein Tropfen Öl, um das Elektron zu“ entlarven “

Millikan war eine Schlüsselfigur in der Entwicklung der Physik in den Vereinigten Staaten in der ersten Hälfte des 20., Um ihn als Physiker einzustufen, müsste zweifellos seine Facette als Experimentalphysiker hervorgehoben werden, ebenso wie die zahlreichen wichtigen Entdeckungen, die er vor allem in den Bereichen Optik und Molekularphysik gemacht hat. Millikans erste große Errungenschaft bestand darin, die Ladung des Elektrons zu bestimmen, zu welchem Zweck er die „Öltropfen-Methode“verwendete. J. J. Thomson, der britische Physiker, hatte bereits 1897 das Ladungs-Masse-Verhältnis des Elektrons festgelegt, aber keiner von ihnen getrennt., Dementsprechend könnte, wenn es möglich wäre, einen dieser Werte separat zu bestimmen (Ladung oder Masse), der andere leicht berechnet werden. Millikan verwendete mit Hilfe von Harvey Fletcher, einem seiner Doktoranden, das Öltropfen-Experiment, um die Ladung des Elektrons (und damit seine Masse) zu messen. Als Millikan 1907 eine lange Reihe von Experimenten begann, hatte er bereits zehn Jahre an der Universität von Chicago gearbeitet, geheiratet, war Vater von drei Kindern und wollte seinen vierzigsten Geburtstag feiern., Er hatte als Physiklehrer großen Ruhm erlangt, aber als wissenschaftlicher Forscher immer noch nichts Bemerkenswertes erreicht.

Die grundlegende elektrische Ladung ist eine der Grundkonstanten in der Physik, daher ist ihre genaue Bestimmung für diese Disziplin unerlässlich. In seinem Experiment misst Millikan die elektrische Kraft an einem kleinen Öltropfen, der durch ein elektrisches Feld geladen wurde, das zwischen zwei Elektroden erzeugt wurde, als sich der Tropfen im Gravitationsfeld befand. Da das elektrische Feld bekannt war, war es möglich, die akkumulierte Ladung auf dem Öltropfen zu bestimmen.,

Ein Spray bildete Öltropfen, von denen einige durch einen kleinen Spalt in einen gleichmäßigen, elektrischen Feldbereich fielen Raum durch zwei parallele, geladene Platten. Ein Mikroskop ermöglichte es, einen bestimmten Öltropfen zu beobachten und seine Masse zu ermitteln, indem die Endgeschwindigkeit seines Sturzes gemessen wurde., Der Öltropfen wurde mit Röntgenstrahlen aufgeladen, und durch Einstellen des elektrischen Feldes konnte er im statischen Gleichgewicht in Ruhe bleiben, wenn die elektrische Kraft der entgegengesetzten Gravitationskraft entsprach. Millikan, der eine lange und mühsame Aufgabe ausführte, die eine Reihe von Kollateralexperimenten beinhaltete, wiederholte das Experiment mehrmals und kam schließlich zu dem Schluss, dass die erzielten Ergebnisse erklärt werden könnten, wenn es eine einzelne Elementarladung gab (deren Wert er bestimmt) und die identifizierten Ladungen ganzzahlige Vielfache dieser Zahl waren.,

Im Jahr 1909 schickte er seine ersten Artikel für die Publikation, in dem er erklärte, eine Technik, die er als „ein drop-Gleichgewichts-Methode zur Bestimmung der Ladung des Elektrons, e“ mit dem Titel „Eine neue Modifikation der cloud-Methode zur Bestimmung der elementaren elektrischen Ladung und der wahrscheinlichste Wert der Ladung“ . Millikan enthielt seine persönlichen Meinungen zur Zuverlässigkeit und Gültigkeit jeder seiner 38 Beobachtungen. Er markierte sieben“ sehr gute „Beobachtungen mit zwei Sternchen, zehn“ gute „mit einem einzigen Sternchen und ließ die restlichen dreizehn“ befriedigenden “ nicht markiert., Ein echter Akt der Ehrlichkeit, auf den der Wissenschaftshistoriker Gerald Holton später als „eher ungewöhnliche Geste in wissenschaftlichen Publikationen“verweisen würde. Im September 1910 veröffentlichte Millikan einen zweiten Artikel in der Zeitschrift Science über die Ladung von Elektronen mit dem Titel „Die Isolierung eines Ions, eine Präzisionsmessung seiner Ladung und die Korrektur des Stokes-Gesetzes“, der als erster seine „Drop Equilibrium“ – Methode vollständig erklärte. Drei Jahre später, 1913, verbesserte Millikan die erhaltenen Ergebnisse, um die Ladung des Elektrons e = 4,774 ± 0 zu bestimmen.,009 x 10-10 elektrostatische Ladeeinheiten (esu), d. H. 1,592 x 10-19 C (1 esu = 3,33564×10-10 C), die geringfügig unter dem derzeit akzeptierten Wert von 1,602 x 10-19 C liegen, höchstwahrscheinlich, weil Millikan einen ungenauen Wert für die Viskosität der Luft verwendet hat.

Ein unerwarteter Verbündeter für Einstein

Dies war jedoch nicht das einzige“ entscheidende “ Experiment des akribischen Millikan., 1905 veröffentlichte Albert Einstein im Zuge seines Annus Mirabilis den Artikel „On a Heuristic Point of View about the Creation and Conversion of Light“. In diesem Artikel analysiert Einstein theoretisch den photoelektrischen Effekt, indem er das Konzept des „Quantums des Lichts“ (später Photon genannt) überzeugend einführt und die Ideen von Max Planck anwendet, bevor einer seiner Kollegen dies getan hatte, um den photoelektrischen Effekt theoretisch zu erklären., Planck selbst erwies sich als einer der hartnäckigsten Kritiker dieser Idee von Lichtquanten, während Millikan Einsteins Idee als „voreilige, um nicht zu sagen törichte Hypothese“ zurückwies und schnell experimentell daran arbeitete, Einstein den Fehler seiner Wege zu zeigen. Nach zehn Jahren der Experimente (1916), Millikan veröffentlichte seine Ergebnisse in der Zeitschrift Physical Review in einem Artikel mit dem Titel, „A Direct Photoelectric Determination of Planck ’s h“ ., Nichtsdestotrotz und entgegen seiner ursprünglichen Absicht validierte Millikan nicht nur experimentell Einsteins Gleichung für den photoelektrischen Effekt, sondern bestimmte auch Plancks Konstante, h. Die Schlussfolgerung von Millikans Artikel von 1916 lässt keinen Zweifel aufkommen:

„Einsteins photoelektrische Gleichung wurde sehr strengen Tests unterzogen und es scheint in jedem Fall genau die beobachteten Ergebnisse vorherzusagen“.

Nichtsdestotrotz wollte Millikan mit seinen Experimenten zeigen, dass Einsteins Idee von“ Lichtquanten “ falsch war., In einem Artikel mit dem Titel „Albert Einstein an seinem siebzigsten Geburtstag“ (1949) schrieb Millikan in der Zeitschrift Reviews of Modern Physics:

„Ich habe zehn Jahre meines Lebens damit verbracht, diese 1905-Gleichung von Einstein zu testen, und entgegen all meinen Erwartungen war ich 1915 gezwungen, ihre eindeutige experimentelle Verifikation trotz ihrer Unvernünftigkeit zu behaupten , da sie alles zu verletzen schien, was wir über die Interferenz des Lichts wussten“.,November 1923 erhielt Millikan ein Telegramm der Königlich Schwedischen Akademie der Wissenschaften, in dem er darüber informierte, dass er für seine Arbeit über die elementare Ladung der Elektrizität und den photoelektrischen Effekt mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet worden war, was ihn zum zweiten Amerikaner machte, der es erhielt., Der Text des Telegramms lautet wie folgt:

5 gs d 2625 803R

STOCKHOLM 1030 AM NOV 14 1923

DOKTOR MILLIKAN

PASADENA CALIF

NOBELPREIS FÜR PHYSIK, DER IHNEN VERLIEHEN WURDE BITTE PRÜFEN SIE, OB SIE AM 10.DEZEMBER IN STOCKHOLM ANWESEND SEIN KÖNNEN

HOEDERBAUM, SECY ACADEMY OF SCIENCE

Millikan nahm an der dritten Solvay-Konferenz in Brüssel teil (1921) und wurde von fünfundzwanzig Universitäten auf der ganzen Welt mit Ehrendoktorwürden ausgezeichnet., Neben dem Nobelpreis für Physik wurde er auch mit dem Comstock-Preis für Physik der National Academy of Sciences, der Edison-Medaille und der Hughes-Medaille der Royal Society ausgezeichnet, ganz zu schweigen von einer Vielzahl anderer Auszeichnungen. Dezember 1953 in San Marino, Kalifornien, im Alter von 85 Jahren.

Augusto Beléndez

Professor für Angewandte Physik an der Universität Alicante und Mitglied der Spanischen Royal Physics Society

Bibliographie

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