In 1923, the American physicist Robert Andrews Millikan (1868-1953) was awarded the Nobel Prize for Physics,

“for his work on the elementary charge of electricity and on the photoelectric effect”.,

Em sua Nobel Lecture “o Elétron e O de Luz Quanto de Experimental Ponto de Vista”, referiu-se à experiência que tinha lhe permitiu determinar a carga do elétron, deixando seu público convencidos de que ele tinha visto elétrons:

“Aquele que tem visto que a experiência, e centenas de pesquisadores observaram que, literalmente, visto que o elétron”.

muitas vezes nós, físicos, dizemos que vemos aquelas coisas nas quais estamos a trabalhar, não importa quão pequenas, ou mesmo abstractas elas possam ser., Há pouca dúvida, no entanto, de que dentro do aparelho usado por Millikan havia um mundo de partículas com as quais ele se tornou tão familiar que ele, sem dúvida, afirmava ver as coisas naquele mundo.a física exige experiências, medições precisas e, claro, conclusões a tirar. Há inúmeros exemplos de experimentos decisivos na história da física., Um dos mais famosos e importantes foi o que permitiu a determinação da carga do elétron, conduzida por Millikan em 1909, que se tornou conhecido como o experimento de gota de petróleo ou simplesmente o experimento de Millikan. Na verdade, é considerado um dos “experimentos mais bonitos em física” e foi fundamental para permitir a medição da carga do elétron

Robert Andrews Millikan nasceu em Morrison, Illinois (EUA), em 22 de Março de 1868. Depois de se formar no Oberlin College em Ohio (1891)- onde ele gostava particularmente de estudar grego e matemática – ele fez dois cursos de física elementar, o que despertou seu interesse nesta disciplina. Em 1893 recebeu uma bolsa na Universidade de Columbia, da qual recebeu seu doutorado em 1895 por uma tese sobre a polarização da luz emitida por superfícies incandescentes., Um fenômeno que tinha sido observado originalmente (1824) por François Aragó, Millikan usou ouro derretido e prata do Departamento do Tesouro dos Estados Unidos para provar sua tese. Depois de passar um ano (1896), na Alemanha, nas Universidades de Berlim e de Götingen, ele voltará para os Estados Unidos para fazer um convite do físico e colegas Nobel de literatura Albert A. Michelson para se tornar sua assistente na recentemente fundada Ryerson Laboratório na Universidade de Chicago. Ele viria a se tornar um professor lá (1910), um cargo que ocupou até 1921., Millikan foi Professor de Física, diretor do Laboratório de Física da Ponte normanda e presidente do Instituto de Tecnologia da Califórnia (CALTECH).

Uma gota de óleo para “desmascarar” o elétron

Millikan foi uma figura chave no desenvolvimento da física nos Estados Unidos na primeira metade do século 20., Se fosse necessário classificá-lo como físico, a sua faceta como físico experimental teria, sem dúvida, de ser destacada, assim como as numerosas descobertas importantes que fez, predominantemente nos campos da óptica e da física molecular. Millikan’s first great achievement was to determine the charge of the electron, to which end he used the “oil-drop method”. J. J. Thomson, o físico britânico, já havia estabelecido a relação carga-massa do elétron em 1897, mas nenhum deles separadamente., Assim, se fosse possível determinar um destes valores separadamente (carga ou massa), o outro poderia ser facilmente calculado. Millikan, com a ajuda de Harvey Fletcher, um de seus estudantes de doutorado, usou o experimento de gota de óleo para medir a carga do elétron (e com isso, sua massa). Quando Millikan começou uma longa série de experimentos em 1907, ele já tinha trabalhado na Universidade de Chicago por dez anos, tinha se casado, era o pai de três filhos e prestes a celebrar seu quadragésimo aniversário., He had earned great renown as a physics lecturer, but had still not achieved anything noteworthy as a scientific investigator.

a carga elétrica fundamental é uma das constantes básicas da física, consequentemente, sua determinação precisa é essencial para esta disciplina. Em sua experiência, Millikan mede a força elétrica em uma pequena gota de óleo que foi carregada por um campo elétrico criado entre dois eletrodos quando a queda estava no campo gravitacional. Como o campo elétrico era conhecido, era possível determinar a carga acumulada na gota de óleo.,

uma pulverização formada por gotas de óleo, algumas das quais caíram através de uma pequena abertura em um espaço uniforme, área de campo elétrico por duas placas paralelas carregadas. Um microscópio possibilitou observar uma determinada gota de óleo e aprender sua massa medindo a velocidade terminal de sua queda., A gota de óleo foi carregada com raios-x, e ao ajustar o campo elétrico, foi possível fazê-lo permanecer em repouso, em equilíbrio estático, quando a força elétrica era igual à força gravitacional oposta. Millikan, realizando uma tarefa longa e tediosa que envolveu um conjunto de experimentos colaterais, repetiu o experimento inúmeras vezes, eventualmente concluindo que os resultados obtidos poderiam ser explicados se houvesse uma única carga elementar (o valor do qual ele determinou) e as cargas identificadas eram múltiplos inteiros deste número.,

em 1909 ele enviou seu primeiro artigo para publicação, no qual ele explicou uma técnica que ele chamou de “um método de equilíbrio de gota para determinar a carga do elétron, e”, intitulado “Uma nova modificação do método de nuvem de determinar a carga elétrica elementar e o valor mais provável dessa carga” . Millikan incluiu suas opiniões pessoais sobre a confiabilidade e validade de cada uma de suas 38 observações. Ele marcou sete observações ” muito boas “com dois asteriscos, dez” boas “com um único asterisco e deixou os restantes treze” satisfatórias ” sem marcas., Um ato genuíno de honestidade, com respeito ao qual o historiador da ciência Gerald Holton mais tarde se referiria como “um gesto bastante incomum em publicações científicas”. Em setembro de 1910, Millikan publicou um segundo artigo na revista Science sobre a carga de elétrons intitulado “O isolamento de um íon, uma medida de precisão de sua carga, e a correção da lei de Stokes” , o primeiro a explicar completamente seu método de “equilíbrio de gota”. Três anos depois, em 1913 Millikan melhorou os resultados obtidos para determinar a carga do elétron e = 4.774 ± 0.,009 x 10-10 eletrostática unidades de carga (esu), i.e. 1.592 x 10-19 C (1 ude = 3.33564×10-10 C), que é ligeiramente inferior ao actualmente aceites valor de 1.602 x 10-19 C, provavelmente devido Millikan utilizado um valor incorrecto para a viscosidade do ar.

um aliado inesperado para Einstein

mas esta não foi a única experiência “crucial” conduzida pelo meticuloso Millikan., Em 1905, ao longo de seu Annus Mirabilis, Albert Einstein publicou o artigo intitulado “Sobre um ponto de vista heurístico sobre a criação e conversão da luz”. Neste artigo, Einstein analisa teoricamente o efeito fotoelétrico, introduzindo de forma convincente o conceito de “quantum of light” (mais tarde renomeado de fóton) e aplicando as ideias de Max Planck, antes que qualquer um de seus colegas o tivesse feito, para teoricamente explicar o efeito fotoelétrico., O próprio Planck acabou por ser um dos críticos mais firmes desta ideia de Light quanta, enquanto Millikan descartou a ideia de Einstein como uma “erupção cutânea, para não dizer uma hipótese tola”, rapidamente começando a trabalhar experimentalmente mostrando Einstein o erro de seus caminhos. Após dez anos de experimentos (1916), Millikan publicou seus resultados na revista Physical Review em um artigo intitulado “A Direct Photoelectric Determination of Planck’s h” ., No entanto, e ao contrário do que ele tinha previsto inicialmente, Millikan não apenas experimentalmente validados equação de Einstein para o efeito fotoelétrico, mas também determinada a constante de Planck, h. A conclusão de Millikan de 1916 artigo não deixa margem para dúvidas:

“Einstein fotoelétrico equação tem sido objecto de muito pesquisar testes e parece que, em cada caso, para prever exatamente os resultados observados”.

Nonetheless, Millikan intended to demonstrate with his experiments that Einstein’s idea of “light quanta” was wrong., Em um artigo intitulado, “Albert Einstein no Seu Septuagésimo Aniversário” (1949), no diário Reviews of Modern Physics, Millikan escreveu:

“passei dez anos da minha vida testes de 1905 equação de Einstein , e contrariamente a todas as minhas expectativas, fui compelido, em 1915, para afirmar a sua inequívoca verificação experimental, apesar de sua irracionalidade, uma vez que parecia violar tudo o que sabíamos sobre a interferência da luz”.,em 14 de novembro de 1923 Millikan recebeu um telegrama da Academia Real das Ciências da Suécia informando-o de que tinha recebido o Prêmio Nobel de Física por seu trabalho sobre a carga elementar de eletricidade e sobre o efeito fotoelétrico, tornando-o o segundo americano a recebê-la., O texto do telegrama lê da seguinte forma:

5 gs d 2625 803R

ESTOCOLMO 1030 AM NOV 14 de 1923

MÉDICO MILLIKAN

PASADENA, na CALIFÓRNIA

PRÊMIO NOBEL DE FÍSICA CONCEDIDO por FAVOR FIO SE que VOCÊ PODE ESTAR PRESENTE EM ESTOCOLMO DEZ 10 TH

HOEDERBAUM, SECY ACADEMIA DE CIÊNCIAS

Millikan participaram na Terceira Conferência de Solvay, em Bruxelas (1921) e foi premiado Doutoramentos Honoris causa por vinte e cinco universidades em todo o mundo., Além do Prêmio Nobel de física, ele também foi premiado Comstock em Física pela Academia Nacional de Ciências, a Medalha Edison e a Medalha Hughes pela Royal Society, para não mencionar uma série de outras honras. Millikan morreu em 19 de dezembro de 1953, em San Marino, Califórnia, aos 85 anos.

Augusto Beléndez

Professor de Física Aplicada da Universidade de Alicante e membro da Real espanhola Physics Society

Bibliografia

Azcárraga, J. A., “O Legado de Albert Einstein (1879-1955)”, OpenMind, 20 de novembro de 2015.Beléndez, A.,, “Einstein 1905: From ‘Energy quanta’ to ‘Light quanta'”, IYL2015-Blog, November 23, 2015.Crease, R. P., O prisma e o pêndulo. The ten most beautiful experiments in Science (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”. Este mês na história da física. APS News, Agosto / Setembro de 2006 (Volume 15, Número 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. Site. 12 de abril de 2017.

Robert Andrews Millikan, Wikipedia (Consultado em 16 de abril de 2017).