in 1923, De Amerikaanse natuurkundige Robert Andrews Millikan (1868-1953) kreeg de Nobelprijs voor de natuurkunde,
“voor zijn werk over de elementaire lading van elektriciteit en over het foto-elektrisch effect”.,in zijn Nobellezing “the Electron and the Light-Quant from the Experimental Point of View” verwees hij naar het experiment dat hem in staat stelde de lading van het elektron te bepalen, waardoor zijn publiek ervan overtuigd was dat hij elektronen had gezien:
“He who has seen that experiment, and hundred of investigators have observed it, has literally seen the electron”.
heel vaak zeggen natuurkundigen dat we de dingen zien waaraan we werken, hoe klein of zelfs abstract ze ook mogen zijn., Er is weinig twijfel, echter, dat in het apparaat gebruikt door Millikan was er een wereld van deeltjes waarmee hij zo vertrouwd werd dat hij onbeweeglijk beweerde om dingen te zien in die wereld.
fysica vereist experimenten, nauwkeurige metingen en natuurlijk conclusies te trekken. Er zijn tal van voorbeelden van beslissende experimenten in de geschiedenis van de natuurkunde., Een van de beroemdste en belangrijkste hiervan was dat wat de bepaling van de lading van het elektron mogelijk maakte, uitgevoerd door Millikan in 1909, die bekend is geworden als de olie-druppel experiment of gewoon Millikan ‘ s experiment. Het wordt beschouwd als een van de “mooiste experimenten in de fysica” en was cruciaal voor het meten van de lading van het elektron
een druppel olie om het elektron te “ontmaskeren” was een sleutelfiguur in de ontwikkeling van de fysica in de Verenigde Staten in de eerste helft van de 20e eeuw., Als hij als natuurkundige zou moeten worden geclassificeerd, zou zijn facet als experimenteel natuurkundige ongetwijfeld moeten worden benadrukt, evenals de talrijke belangrijke ontdekkingen die hij deed, voornamelijk op het gebied van de optica en de moleculaire fysica. Millikan ‘ s eerste grote prestatie was het bepalen van de lading van het elektron, waarvoor hij de “oil-drop method”gebruikte. J. J. Thomson, De Britse natuurkundige, had al in 1897 de lading-massa verhouding van het elektron vastgesteld, maar geen van beide afzonderlijk., Als het dus mogelijk was om een van deze waarden afzonderlijk te bepalen (lading of massa), zou de andere gemakkelijk kunnen worden berekend. Millikan gebruikte met behulp van Harvey Fletcher, een van zijn promovendi, het oil-drop experiment om de lading van het elektron (en daarmee de massa) te meten. Toen Millikan begon een lange reeks experimenten in 1907, had hij al tien jaar aan de Universiteit van Chicago gewerkt, was getrouwd, was de vader van drie kinderen en op het punt om zijn veertigste verjaardag te vieren., Hij had grote bekendheid verdiend als docent natuurkunde, maar had nog steeds niets noemenswaardigs bereikt als wetenschappelijk onderzoeker.
de fundamentele elektrische lading is een van de basisconstanten in de fysica, daarom is de nauwkeurige bepaling ervan essentieel voor deze discipline. In zijn experiment meet Millikan de elektrische kracht op een kleine oliedruppel die is opgeladen door een elektrisch veld dat is ontstaan tussen twee elektroden toen de druppel zich in het zwaartekrachtveld bevond. Aangezien het elektrische veld bekend was, was het mogelijk om de geaccumuleerde lading op de olie-druppel te bepalen.,
een door spray gevormde oliedruppels, waarvan sommige door een kleine spleet in een uniforme, elektrische veldruimte vielen door twee parallelle, geladen platen. Een microscoop maakte het mogelijk om een bepaalde oliedruppel te observeren en zijn massa te leren door de eindsnelheid van zijn val te meten., De oliedruppel werd geladen met röntgenstralen, en door het elektrische veld aan te passen, was het mogelijk om het in rust te houden, in statisch evenwicht, wanneer de elektrische kracht gelijk was aan de tegengestelde gravitatiekracht. Millikan, het uitvoeren van een lange en vervelende taak die een set van collaterale experimenten betrokken, herhaalde het experiment vele malen, uiteindelijk tot de conclusie dat de verkregen resultaten kunnen worden verklaard als er een enkele, elementaire lading (waarvan hij de waarde bepaald) en de geïdentificeerde ladingen waren integer veelvouden van dit aantal.,in 1909 stuurde hij zijn eerste artikel voor publicatie, waarin hij een techniek uitlegde die hij “a drop equilibrium method to determine the charge of the electron, e” noemde, getiteld “A new modification of the cloud method of determining the elementary electrical charge and the most probability value of that charge” . Millikan gaf zijn persoonlijke mening over de betrouwbaarheid en validiteit van elk van zijn 38 observaties. Hij markeerde zeven” zeer goede “waarnemingen met twee asterisken, Tien” Goede “met een enkele asterisk en liet de resterende dertien” bevredigende ” ones ongemarkeerd., Een oprechte daad van eerlijkheid, waar de wetenschapshistoricus Gerald Holton later naar zou verwijzen als “een nogal ongewoon gebaar in wetenschappelijke publicaties”. In september 1910 publiceerde Millikan een tweede artikel in het tijdschrift Science over de lading van elektronen, getiteld “The isolation of an ion, a precision measurement of its charge, and the correction of Stokes ‘law”. Drie jaar later, in 1913, verbeterde Millikan de verkregen resultaten om de lading van het elektron e = 4,774 ± 0 te bepalen.,009 x 10-10 elektrostatische ladingseenheden (esu), d.w.z. 1,592 x 10-19 C (1 esu = 3,33564×10-10 C) wat iets lager is dan de momenteel aanvaarde waarde van 1,602 x 10-19 C, waarschijnlijk omdat Millikan een onnauwkeurige waarde voor de viscositeit van de lucht gebruikte.
een onverwachte bondgenoot voor Einstein
maar dit was niet het enige “cruciale” experiment uitgevoerd door de nauwgezette Millikan., In 1905, in de loop van zijn Annus Mirabilis, publiceerde Albert Einstein het artikel getiteld, “On a Heuristic Point of View about the Creation and Conversion of Light”. In dit artikel analyseert Einstein theoretisch het foto-elektrisch effect, waarbij hij op overtuigende wijze het concept van de “kwantum van licht” (later het foton genoemd) introduceert en de ideeën Max Planck toepast, voordat een van zijn collega ‘ s dit had gedaan, om het foto-elektrisch effect theoretisch te verklaren., Planck zelf bleek een van de grootste critici van dit idee van light quanta te zijn, terwijl Millikan Einstein ‘ s idee afwees als een “overhaaste, om niet te zeggen dwaze hypothese”, en snel aan de slag ging om Einstein experimenteel de fout van zijn wegen te laten zien. Na tien jaar experimenten (1916) publiceerde Millikan zijn resultaten in het tijdschrift Physical Review in een artikel getiteld “A Direct Photoelectric Determination of Planck ’s h” ., Niettemin, en in tegenstelling tot wat hij oorspronkelijk had bedoeld, Millikan niet alleen experimenteel gevalideerd Einstein ’s vergelijking voor het foto-elektrisch effect, maar ook bepaald Planck’ s constante, h. de conclusie van Millikan ‘ s 1916 artikel laat geen ruimte voor twijfel:
“Einstein’ s foto-elektrische vergelijking is onderworpen aan zeer zoekende tests en het lijkt in elk geval om precies de waargenomen resultaten te voorspellen”.
niettemin wilde Millikan met zijn experimenten aantonen dat Einsteins idee van “light quanta” verkeerd was., In een artikel getiteld “Albert Einstein on His Seventieth Birthday” (1949), in het tijdschrift Reviews of Modern Physics, schreef Millikan:”I spended ten years of my life testing that 1905 equation of Einstein’ s, and in tegenstelling tot al mijn verwachtingen werd ik in 1915 gedwongen om zijn ondubbelzinnige experimentele verificatie te bevestigen ondanks zijn onredelijkheid , aangezien het alles leek te schenden wat we wisten over de interferentie van licht”.,op 14 November 1923 ontving Millikan een telegram van de Koninklijke Zweedse Academie van wetenschappen, waarin hem werd meegedeeld dat hij de Nobelprijs voor de natuurkunde had gekregen voor zijn werk over de elementaire lading van elektriciteit en het foto-elektrisch effect., De tekst van het telegram luidt als volgt:
5 gs d 2625 803R
STOCKHOLM 1030 AM 14 Nov 1923
DOCTOR MILLIKAN
PASADENA CALIF
Nobelprijs voor de natuurkunde aan u toegekend please WIRE or YOU CAN be PRESENT AT STOCKHOLM DEC 10th
HOEDERBAUM, SECY ACADEMY OF SCIENCE
Millikan nam deel aan de derde Solvay conferentie gehouden in Brussel (1921) en kreeg eredoctoraten van vijfentwintig universiteiten over de hele wereld., Naast de Nobelprijs voor de natuurkunde kreeg hij ook de Comstock-prijs voor de natuurkunde van de National Academy of Sciences, de Edison Medal en de Hughes Medal van de Royal Society. Millikan overleed op 19 December 1953 in San Marino op 85-jarige leeftijd.
Augusto Beléndez
hoogleraar Technische Natuurkunde aan de Universiteit van Alicante en lid van de Spaanse koninklijke Natuurkundevereniging
Bibliografie
Azcárraga, J. A., ” The Legacy of Albert Einstein (1879-1955)”, OpenMind, 20 November 2015.
Beléndez, A.,, “Einstein 1905: From’ Energy quanta ‘to’ Light quanta'”, IYL2015-Blog, 23 November 2015.
vouw, R. P., Het Prisma en de slinger. De tien mooiste experimenten in de wetenschap (Penguin, 2004).Doménech, F., “Max Planck, the Messiah of quantum physics”, OpenMind, April 23, 2016.Sánchez Ron, J. M.; Historia de la Física Cuántica I. El período fundacional (1860-1926) (Crítica, Barcelona, 2001).”August, 1913: Robert Millikan Reports His Oil Drop Results”. Deze maand in natuurkunde geschiedenis. APS News, augustus / September 2006 (Volume 15, nummer 8).,”The making of Caltech’ s first Nobel: Robert Millikan ’s road to Stockholm” (The Caltech Archives).”Robert A. Millikan-Biographical”. Nobelprize.org. Nobel Media AB 2014. Web. 12 April 2017.
Robert Andrews Millikan, Wikipedia (Geraadpleegd op 16 April 2017).