w 1923 roku amerykański fizyk Robert Andrews Millikan (1868-1953) otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki

„za pracę nad elementarnym ładunkiem elektryczności i efektem fotoelektrycznym”.,

w swoim wykładzie Nobel „elektron i Kwant światła z eksperymentalnego punktu widzenia” odniósł się do eksperymentu, który umożliwił mu określenie ładunku elektronu, pozostawiając publiczność przekonaną, że widział elektrony:

„Ten, kto widział ten eksperyment i setki badaczy go obserwowali, dosłownie widział elektron”.

dość często my fizycy mówimy, że widzimy te rzeczy, nad którymi pracujemy, bez względu na to, jak małe, a nawet abstrakcyjne mogą być., Nie ma jednak wątpliwości, że wewnątrz aparatu używanego przez Millikana znajdował się świat cząstek, z którym stał się tak zaznajomiony, że bezmyślnie twierdził, że widzi rzeczy w tym świecie.

Fizyka wymaga eksperymentów, dokładnych pomiarów i, oczywiście, wyciągania wniosków. Istnieje wiele przykładów decydujących eksperymentów w historii fizyki., Jednym z najbardziej znanych i najważniejszych z nich było to, co umożliwiło wyznaczenie ładunku elektronu, przeprowadzone przez Millikana w 1909 roku, które stało się znane jako eksperyment kropli oleju lub po prostu eksperyment Millikana. Rzeczywiście, jest on uważany za jeden z „najpiękniejszych eksperymentów w fizyce” i był kluczowy w umożliwianiu pomiaru ładunku elektronu

Robert Andrews Millikan urodził się w Morrison w stanie Illinois (USA) 22 marca 1868 roku. Po ukończeniu Oberlin College w Ohio (1891) -gdzie szczególnie lubił studiować grekę i matematykę-odbył dwa kursy z fizyki elementarnej, co rozbudziło jego zainteresowanie tą dyscypliną. W 1893 otrzymał stypendium na Columbia University, na którym w 1895 uzyskał doktorat za pracę na temat polaryzacji światła emitowanego przez powierzchnie żarowe., Zjawisko, które pierwotnie zostało zaobserwowane (1824) przez François Aragó, Millikan użył stopionego złota i srebra z Departamentu Skarbu USA do udowodnienia swojej tezy. Po rocznym pobycie (1896) w Niemczech na uniwersytetach w Berlinie i Getyndze, powrócił do Stanów Zjednoczonych, aby przyjąć zaproszenie od fizyka i noblisty Alberta A. Michelsona, aby zostać jego asystentem w niedawno założonym Ryerson Laboratory na Uniwersytecie w Chicago. Ostatecznie został tam wykładowcą (1910), funkcję tę pełnił do 1921., W trakcie swojego życia (zmarł w 1953) Millikan był profesorem fizyki, dyrektorem Norman Bridge Physics Laboratory i prezesem California Institute of Technology (CALTECH).

kropla oleju do „zdemaskowania” elektronu

Millikan był kluczową postacią w rozwoju fizyki w Stanach Zjednoczonych w pierwszej połowie XX wieku., Jeśli trzeba go sklasyfikować jako fizyka, jego aspekt jako fizyka eksperymentalnego musiałby być niewątpliwie podkreślony, podobnie jak liczne ważne odkrycia, których dokonał, głównie w dziedzinie optyki i Fizyki Molekularnej. Pierwszym wielkim osiągnięciem millikana było określenie ładunku elektronu, do którego celu użył „metody kropli oleju”. J. J. Thomson, brytyjski fizyk, już w 1897 roku ustalił stosunek ładunku do masy elektronu, ale żaden z nich nie ustalił osobno., W związku z tym, jeśli możliwe było określenie jednej z tych wartości oddzielnie (ładunek lub masa), drugą można było łatwo obliczyć. Millikan, z Pomocą Harveya Fletchera, jednego ze swoich doktorantów, wykorzystał eksperyment kropli oleju do pomiaru ładunku elektronu (a tym samym jego masy). Kiedy Millikan rozpoczął długą serię eksperymentów w 1907 roku, pracował już przez dziesięć lat na Uniwersytecie w Chicago, ożenił się, był ojcem trójki dzieci i miał świętować swoje czterdzieste urodziny., Zdobył wielką sławę jako wykładowca fizyki, ale nadal nie osiągnął niczego godnego uwagi jako badacz naukowy.

podstawowy ładunek elektryczny jest jedną z podstawowych stałych w fizyce, dlatego jego dokładne wyznaczanie jest niezbędne dla tej dyscypliny. W swoim eksperymencie Millikan mierzy siłę elektryczną na małej kropli oleju, która została naładowana przez pole elektryczne utworzone między dwiema elektrodami, gdy kropla znajdowała się w polu grawitacyjnym. Ponieważ znane było pole elektryczne, możliwe było określenie nagromadzonego ładunku na kropli oleju.,

spray tworzy krople oleju, z których niektóre spadły Przez małą szczelinę do jednolitej przestrzeni pola elektrycznego przez dwie równoległe, naładowane płyty. Mikroskop umożliwiał obserwację kropli oleju i poznanie jego masy poprzez pomiar prędkości końcowej jego upadku., Kropla oleju była naładowana promieniami rentgenowskimi i dzięki regulacji pola elektrycznego mogła pozostać w stanie spoczynku, w równowadze statycznej, gdy siła elektryczna była równa przeciwnej sile grawitacyjnej. Millikan, wykonując długie i żmudne zadanie, które wiązało się z zestawem eksperymentów ubocznych, powtórzył eksperyment wiele razy, ostatecznie stwierdzając, że uzyskane wyniki można wyjaśnić, jeśli był pojedynczy, elementarny ładunek (wartość, którą określił), a zidentyfikowane ładunki były wielokrotnościami liczb całkowitych tej liczby.,

w 1909 roku wysłał swój pierwszy artykuł do publikacji, w którym wyjaśnił technikę, którą nazwał „a drop equilibrium method to determine the charge of the electron, e”, zatytułowaną „A new modification of the cloud method of determining the elementary electric charge and the most probable value of that charge”. Millikan zawarł swoje osobiste opinie na temat wiarygodności i ważności każdej ze swoich 38 obserwacji. Zaznaczył siedem” bardzo dobrych „obserwacji dwiema gwiazdkami, dziesięć” dobrych „jedną gwiazdką, a pozostałe trzynaście” zadowalających ” nieoznaczonych., Prawdziwy akt uczciwości, w odniesieniu do którego historyk nauki Gerald Holton określiłby później jako „dość nietypowy gest w publikacjach naukowych”. We wrześniu 1910 roku Millikan opublikował drugi Artykuł w czasopiśmie Science about the charge of electrons zatytułowany „the isolation of an ion, a precision measurement of its charge, and the correction of Stokes 's law”, pierwszy w historii, który w pełni wyjaśnił swoją metodę „Drop equilibrium”. Trzy lata później, w 1913 roku, Millikan poprawił uzyskane wyniki w celu określenia ładunku elektronu e = 4,774 ± 0.,009 x 10-10 elektrostatycznych jednostek ładunku (esu), tj. 1,592 x 10-19 C (1 esu = 3,33564×10-10 C), co jest nieco poniżej obecnie przyjętej wartości 1,602 x 10-19 C, najprawdopodobniej dlatego, że Millikan użył niedokładnej wartości lepkości powietrza.

nieoczekiwany sojusznik Einsteina

ale nie był to jedyny „kluczowy” eksperyment przeprowadzony przez skrupulatnego Millikana., W 1905 roku, w ramach Annus Mirabilis, Albert Einstein opublikował artykuł zatytułowany „On a Heuristic Point of View about the Creation and Conversion of Light”. W tym artykule Einstein teoretycznie analizuje efekt fotoelektryczny, przekonująco wprowadzając pojęcie „kwantu światła” (później przemianowanego na Foton) i stosując idee Maxa Plancka, zanim którykolwiek z jego kolegów zrobił to, aby teoretycznie wyjaśnić efekt fotoelektryczny., Sam Planck okazał się jednym z najbardziej zagorzałych krytyków tej idei kwanty światła, podczas gdy Millikan odrzucił pomysł Einsteina jako „pochopną, by nie powiedzieć głupią hipotezę”, szybko przystępując do pracy nad eksperymentalnym pokazaniem Einsteinowi błędu jego postępowania. Po dziesięciu latach eksperymentów (1916) Millikan opublikował swoje wyniki w czasopiśmie Physical Review w artykule zatytułowanym „a Direct Photoelectric Determination of Planck 'S h”., Mimo to, wbrew pierwotnym zamierzeniom, Millikan nie tylko eksperymentalnie zwalidował równanie Einsteina dla efektu fotoelektrycznego, ale także ustalił stałą Plancka, h. konkluzja artykułu Millikana z 1916 roku nie pozostawia wątpliwości:

„równanie fotoelektryczne Einsteina zostało poddane bardzo poszukiwawczym testom i w każdym przypadku wydaje się dokładnie przewidzieć obserwowane wyniki”.

mimo to, Millikan zamierzał zademonstrować swoimi eksperymentami, że idea Einsteina „kwanty światła” była błędna., W artykule zatytułowanym „Albert Einstein on His Sevenenth Birthday” (1949), w journal Reviews of Modern Physics, Millikan napisał:

„spędziłem dziesięć lat mojego życia testując to równanie Einsteina z 1905 roku , i wbrew moim oczekiwaniom byłem zmuszony w 1915 roku do stwierdzenia jego jednoznacznej weryfikacji eksperymentalnej, pomimo jego bezzasadności, ponieważ wydawało się naruszać wszystko, co wiedzieliśmy o interferencji światła”.,

14 listopada 1923 roku Millikan otrzymał telegram z Królewskiej Szwedzkiej Akademii Nauk informujący, że otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki za pracę nad elementarnym ładunkiem elektryczności i efektem fotoelektrycznym, czyniąc go tym samym drugim Amerykaninem, który ją otrzymał., Tekst telegramu brzmi następująco:

5 gs d 2625 803r

STOCKHOLM 1030 AM NOV 14 1923

DOCTOR MILLIKAN

Pasadena CALIF

Nagroda Nobla w dziedzinie fizyki przyznana Tobie proszę Drukuj, czy możesz być obecny w Sztokholmie 10 grudnia

HOEDERBAUM, SECY ACADEMY of SCIENCE

Millikan wziął udział w podczas trzeciej konferencji Solvay w Brukseli (1921) otrzymał doktoraty honoris causa dwudziestu pięciu uniwersytetów na całym świecie., Oprócz Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki, został również uhonorowany Nagrodą Comstocka w dziedzinie fizyki przez National Academy of Sciences, Medalem Edisona i Medalem Hughesa przez Royal Society, nie wspominając o wielu innych wyróżnieniach. Millikan zmarł 19 grudnia 1953 roku w San Marino w Kalifornii w wieku 85 lat.

Augusto Beléndez

profesor fizyki stosowanej na Uniwersytecie w Alicante i członek hiszpańskiego Królewskiego Towarzystwa Fizyki

Bibliografia

Azcárraga, J. A., „The Legacy of Albert Einstein (1879-1955)”, OpenMind, 20 listopada 2015.

Beléndez, A.,, „Einstein 1905: From' Energy quanta 'to' Light quanta'”, IYL2015-Blog, November 23, 2015.

gniecenie, R. P., Pryzmat i wahadło. Dziesięć najpiękniejszych eksperymentów naukowych (Penguin, 2004).

Doménech, F., „Max Planck, the Messiah of quantum physics”, OpenMind, 23 kwietnia 2016.

Sánchez Ron, J. M.; Historia de la Física Cuántica I. El período fundacional (1860-1926) (Crítica, Barcelona, 2001).

„sierpień 1913: Robert Millikan podaje wyniki spadku ropy”. W tym miesiącu w historii fizyki. APS News, sierpień / wrzesień 2006 (Tom 15, numer 8).,

„the making of Caltech' s first Nobel: Robert Millikan 's road to Stockholm” (The Caltech Archives).

„Robert A. Millikan-biograficzny”. Nobelprize.org. Nobel Media AB 2014. Www. 12 kwietnia 2017.

Robert Andrews Millikan, Wikipedia (16 kwietnia 2017).