1923 tilldelades den amerikanska fysikern Robert Andrews Millikan (1868-1953) Nobelpriset för fysik,

”för sitt arbete med elementär laddning av el och på den fotoelektriska effekten”.,

i sin Nobelföreläsning ”the Electron and the Light-Quant from the Experimental Point of View” hänvisade han till experimentet som hade gjort det möjligt för honom att bestämma elektronens laddning och lämnade sin publik övertygad om att han hade sett elektroner:

”den som har sett det experimentet, och hundratals utredare har observerat det, har bokstavligen sett elektronen”.

ganska ofta säger Vi fysiker att vi ser de saker som vi arbetar på, oavsett hur små eller till och med abstrakta de kan vara., Det råder dock ingen tvekan om att inuti den apparat som används av Millikan fanns en värld av partiklar som han blev så bekant med att han oblushingly hävdade att se saker i den världen.

fysik kräver experiment, noggrann mätning och, naturligtvis, slutsatser som skall dras. Det finns många exempel på avgörande experiment i fysikens historia., En av de mest kända och viktiga av dessa var det som möjliggjorde bestämningen av elektronens laddning, utförd av Millikan 1909, som har blivit känd som oljedroppsexperimentet eller helt enkelt Millikans experiment. Det anses faktiskt vara ett av ”vackraste experiment i fysik” och var avgörande för att möjliggöra mätning av elektronens laddning

Robert Andrews Millikan var född i Morrison, Illinois (USA) den 22 Mars 1868. Efter examen från Oberlin College i Ohio (1891) – där han särskilt tyckte om att studera grekiska och matematik-gjorde han två kurser i elementär fysik, vilket väckte hans intresse för denna disciplin. År 1893 tilldelades han ett stipendium vid Columbia University, från vilket han fick sin doktorsexamen 1895 för en avhandling om polarisering av ljus som avges av glödande ytor., Ett fenomen som tidigare observerats (1824) av François Aragó, Millikan används smält guld och silver från US Department of Treasury för att bevisa sin tes. Efter att ha tillbringat ett år (1896) i Tyskland vid Universiteten i Berlin och Götingen, han återvänder till Usa för att ta upp en inbjudan från fysiker och andra Nobelpristagaren Albert A. Michelson att bli hans assistent i den nyligen grundade Ryerson Laboratoriet vid University of Chicago. Han var så småningom att bli föreläsare där (1910), en post han höll fram till 1921., Under loppet av sitt liv (han dog 1953) Millikan var Professor i Fysik, Direktör Norman Bridge Physics Laboratory och Ordförande i California Institute of Technology (CALTECH).

en droppe olja för att ”avslöja” elektronen

Millikan var en nyckelfigur i utvecklingen av fysiken i USA under första hälften av 20-talet., Om det krävs för att klassificera honom som fysiker, skulle hans fasett som en experimentell fysiker utan tvekan behöva lyftas fram, liksom de många viktiga upptäckterna han gjorde, främst inom optik och molekylär fysik. Millikans första stora prestation var att bestämma elektronens laddning, i vilket syfte han använde ”oljedroppsmetoden”. J. J. Thomson, den brittiska fysikern, hade redan etablerat elektronens laddningsförhållande tillbaka 1897, men ingen av dem var för sig., Följaktligen, om det var möjligt att bestämma ett av dessa värden separat (laddning eller massa), kan den andra lätt beräknas. Millikan, med hjälp av Harvey Fletcher, en av hans doktorander, använde oljedroppsexperimentet för att mäta elektronens laddning (och med detta dess massa). När Millikan började en lång serie experiment 1907 hade han redan arbetat vid University of Chicago i tio år, hade gift sig, var far till tre barn och på väg att fira sin fyrtionde födelsedag., Han hade förtjänat stor berömmelse som fysik föreläsare, men hade fortfarande inte uppnått något anmärkningsvärt som en vetenskaplig utredare.

den grundläggande elektriska laddningen är en av de grundläggande konstanterna i fysiken, följaktligen är dess exakta bestämning avgörande för denna disciplin. I sitt experiment mäter Millikan den elektriska kraften på en liten oljedroppe som har laddats av ett elektriskt fält skapat mellan två elektroder när droppen var i gravitationsfältet. Som det elektriska fältet var känt var det möjligt att bestämma den ackumulerade laddningen på oljedroppen.,

en sprayformad oljedroppar, av vilka några föll genom ett litet gap i ett enhetligt, elektriskt fältområde med två parallella laddade plattor. Ett mikroskop gjorde det möjligt att observera en viss oljedroppe och lära sig sin massa genom att mäta terminalhastigheten för dess fall., Oljedroppen laddades med röntgenstrålar, och genom att justera det elektriska fältet var det möjligt att få det att förbli i vila, i statisk jämvikt, när den elektriska kraften var lika med den motsatta gravitationskraften. Millikan, utför en lång och mödosam uppgift som innebar en uppsättning av säkerheter experiment, upprepade experimentet flera gånger, så småningom slutsatsen att de erhållna resultaten kunde förklaras om det fanns en enda, elementär laddning (vars värde han bestämde) och de identifierade avgifterna var heltal multiplar av detta nummer.,

1909 skickade han sin första artikel för publicering, där han förklarade en teknik som han kallade ”en släppjämviktsmetod för att bestämma elektronens laddning, e”, med titeln ”En ny modifiering av molnmetoden för att bestämma den elementära elektriska laddningen och det mest sannolika värdet av den laddningen” . Millikan inkluderade sina personliga åsikter om tillförlitligheten och giltigheten hos var och en av hans 38 observationer. Han markerade sju” mycket bra ”observationer med två asterisker, tio” bra ”de med en enda asterisk och lämnade de återstående tretton” tillfredsställande ” de omärkta., En äkta handling av ärlighet, med avseende på vilken vetenskapshistorikern Gerald Holton senare skulle referera till som”en ganska ovanlig gest i vetenskapliga publikationer”. I September 1910 publicerade Millikan en andra artikel i tidskriften Science om laddning av elektroner med titeln ”isoleringen av en ion, en precisionsmätning av dess laddning och korrigeringen av Stokes lag”, den första någonsin att fullt ut förklara sin ”drop equilibrium” – metod. Tre år senare, i 1913 Millikan förbättrade de erhållna resultaten för att bestämma laddningen av elektronen e = 4,774 ± 0.,009 x 10-10 elektrostatiska laddningsenheter (esu), dvs. 1.592 x 10-19 C (1 esu = 3.33564×10-10 C) vilket är något under det för närvarande accepterade värdet på 1.602 x 10-19 C, troligtvis eftersom Millikan använde ett felaktigt värde för viskositeten hos luften.

en oväntad allierad för Einstein

men detta var inte det enda” avgörande ” experimentet som utfördes av den noggranna Millikan., År 1905 publicerade Albert Einstein under sin Annus Mirabilis artikeln med titeln ”på en heuristisk synvinkel om skapandet och omvandlingen av ljus”. I denna artikel Einstein teoretiskt analyserar den fotoelektriska effekten, övertygande införa begreppet ”quantum of light” (senare åter namngivna fotonen) och tillämpa idéer Max Planck, innan någon av hans kollegor hade gjort det, att teoretiskt förklara den fotoelektriska effekten., Planck själv visade sig vara en av de staunchest kritikerna av denna idé om light quanta, medan Millikan avfärdade Einsteins idé som ett” utslag, för att inte säga dum hypotes”, snabbt komma ner för att arbeta med experimentellt visar Einstein felet i hans sätt. Efter tio års experiment (1916) publicerade Millikan sina resultat i tidskriften Physical Review i en artikel med titeln ”a Direct Photoelectric Determination of Plancks h” ., Trots det, och i motsats till vad han ursprungligen hade tänkt, Millikan inte bara experimentellt validerade Einsteins ekvation för den fotoelektriska effekten, men bestäms också Plancks konstant, h. Slutsatsen av Millikan s 1916 artikel lämnar inget utrymme för tvivel:

”Einsteins fotoelektriska ekvation har varit föremål för mycket att söka tester och det verkar i varje fall att förutsäga exakt de observerade resultaten”.

Millikan tänkte ändå med sina experiment visa att Einsteins idé om ”light quanta” var fel., I en artikel med titeln, ”Albert Einstein på Hans Sjuttioårsdag Födelsedag” (1949), i tidskriften Recensioner av Modern Fysik, Millikan skrev:

”jag har tillbringat tio år av mitt liv tester som 1905 ekvation av Einsteins , och i motsats till alla mina förväntningar jag var tvungen 1915 för att hävda sin entydiga experimentell verifiering trots sin orimlighet, eftersom det verkade som att bryta mot allt som vi visste om interferens av ljus”.,

den 14 November 1923 mottog Millikan ett telegram från Vetenskapsakademien som informerade honom om att han hade tilldelats Nobelpriset för fysik för sitt arbete med elementär laddning av el och på den fotoelektriska effekten, vilket gjorde honom till den andra amerikanen att ta emot den., Texten i telegrammet lyder som följande:

5 gs d 2625 803R

STOCKHOLM 1030 AM NOV 14 1923

LÄKARE MILLIKAN

PASADENA i KALIFORNIEN

NOBELPRISET i FYSIK delas ut TILL DIG VÄNLIGEN TRÅD OM DU KAN VARA NÄRVARANDE I STOCKHOLM 10 DEC TH

HOEDERBAUM, SECY ACADEMY OF SCIENCE

Millikan deltog i den Tredje Solvay-Konferensen som hölls i Bryssel (1921) och blev Hedersdoktor vid tjugo-fem universitet runt om i världen., Förutom Nobelpriset för fysik tilldelades han också Comstock-priset i fysik av National Academy of Sciences, Edison-medaljen och Hughes-medaljen av Royal Society, för att inte tala om en mängd andra utmärkelser. Millikan dog den 19 December 1953 i San Marino, Kalifornien, vid en ålder av 85.

Augusto Beléndez

Professor i Tillämpad Fysik vid Universitetet i Alicante och ledamot av Kungliga spanska Fysik Samhället

Bibliografi

Azcárraga, J. A., ”Arvet av Albert Einstein (1879-1955)”, OpenMind, 20 November 2015.

Beléndez, A.,, ”Einstein 1905: Från Energi-kvanta ”till” Ljus kvanta'”, IYL2015-Blogg, den 23 November 2015.

veck, R. P., prisma och pendeln. De tio vackraste experimenten inom vetenskap (Penguin, 2004).

Doménech, F., ”Max Planck, Messias av kvantfysik”, OpenMind, 23 April 2016.

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

”augusti 1913: Robert Millikan rapporterar sina Oljedroppsresultat”. Denna månad i Fysikhistoria. APS Nyheter, augusti/September 2006 (Volym 15, Nummer 8).,

”skapandet av Caltechs första Nobel: Robert Millikan ’s road to Stockholm” (Caltech Archives).

”Robert A. Millikan – biografisk”. Nobelprize.org. Nobel Media AB 2014. Webb. 12 April 2017.

Robert Andrews Millikan, Wikipedia (Hört den 16 April 2017).