Нобелевские лауреаты: Роберт Милликен. Премия за капельку масла

Измеривший заряд электрона Роберт Милликен

Роберт Эндрюс Милликен
Родился 22 марта 1868 года, Моррисон, штат Иллинойс, США
Умер 19 декабря 1953 года, Сан-Марино, штат Калифорния, США

Нобелевская премия по физике 1923 года. Формулировка Нобелевского комитета: «За работы по определению элементарного электрического заряда и по фотоэлектрическому эффекту» (for his work on the elementary charge of electricity and on the photoelectric effect).

Путь нашего героя к Нобелевской премии начался очень необычно. Работать Роберт Милликен начинал обычным репортером. Более того, начав высшее образование в колледже Оберлин в Огайо, где училась его мать, он интересовался античной культурой, да и диплом бакалавра Милликен получил в области классической культуры: античные языки, философия и искусство Древней Греции и Рима. Но потом жизнь заложила крутой вираж. Предоставим слово самому нобелиату.

«В последний год обучения […] мой профессор по греческому […] попросил меня прочесть курс по элементарной физике в подготовительном отделении в следующем году. На мой ответ, что я ничего не знаю из физики, он ответил: "Любой, кто смог получить у меня хорошую отметку по греческому, может преподавать физику". "Хорошо, — ответил я. — Под вашу ответственность я попробую и посмотрю, что из этого получится". Сразу после этого я купил книгу Эвери "Начала физики" и провел большую часть летних каникул 1889 года дома, […] пытаясь вникнуть в предмет. […] сомневаюсь, преподавал ли я лучше когда-либо в моей жизни, чем во время того моего первого курса по физике в 1889 году. Я был настолько заинтересован в том, чтобы знать больше, чем мои ученики, что они, наверное, подхватили часть моего интереса и энтузиазма», — так пишет Милликен о своем первом столкновении со специальностью.

Наш герой преподавал физику два года, несмотря на то, что его курс в колледже составлял всего 12 недель. Тем не менее самоподготовка его оказалась настолько замечательной, а конспекты лекций, которые Роберт готовил к занятиям, настолько полными и интересными, что наградой ему была степень магистра по физике и аспирантская стипендия Колумбийского университета. Там он учился уже физике как большой науке.

Впрочем, нужно сказать, что преподавание физики и написание учебников, пожалуй, стало главным занятием Милликена на всю жизнь. И ораторские навыки, кстати, остались с ним навсегда: хорошо известна история, когда друзья в шутку предложили назвать единицу говорливости «кен» с тем, чтобы средняя разговорчивость обычного человека составляла примерно половину милликена.

Несмотря на то, что аспирантуру Милликен проходил в Колумбии, понимание того, что именно физика — его призвание, пришло в другом месте — в Чикаго. Там он провел одно лето, работая у будущего нобелевского лауреата, великого экспериментатора Альберта Майкельсона. Интересно, что впоследствии и опыт Майкельсона, и опыт Милликена сыграют важную роль в признании Альберта Эйнтштейна.
Альберт Майкельсон

В 1895 году Милликен стал доктором физики, съездил преподавать в Европу (в Берлин и Геттинген), а в 1896 году стал ассистентом профессора в Чикаго, у Майкельсона. Впрочем, вместо того, чтобы полностью уйти в экспериментальную физику, Милликен 12 лет потратил на то, чтобы написать корпус учебников по физике для американских студентов. Это стали первые чисто американские учебники, которые не были переведены с немецкого или завезены из Британии.

А вот в 1908 году Милликен «нырнул» в опыты. И первый же большой его эксперимент привел к Нобелевской премии. Как мы помним, незадолго до того Джозеф Джон Томсон открыл в катодных лучах электрон. Естественно было предположить, что именно электрон — носитель элементарного заряда, но этот заряд надо было измерить.
Экспериментальная установка Милликена

Английский физик Уилсон пытался измерить этот заряд, манипулируя капельками эфира, но толку вышло мало. Но Милликен работал у величайшего экспериментатора. Вместе с коллегой Харви Флетчером он построил установку, позволившую манипулировать мельчайшими заряженными капельками масла, которые находились в балансе сил тяжести, электрического отталкивания и силы Стокса. Повторив эксперимент со многими капельками, Милликен и Флетчер показали, что заряд каждой капли складывается из элементарных зарядов, и смогли его измерить.
Схема опыта Милликена

Результат Милликена, опубликованный в статье «Об элементарном электрическом заряде и числе Авогадро» в журнале Physical Review (публикация в этом журнале и поныне считается почетной среди физиков), оказался равен 1,5924(17)×10 −19 кулон. Для сравнения, современное значение, уточненное лишь через десятилетия после Милликена — 1,602176487(40)×10 −19 кулон. Впрочем, некоторые до сих пор говорят, что эксперимент Милликена неточен или «подогнан». В любом случае, Роберт Милликен стал первым, кто показал, что электрический заряд любого тела состоит из элементарных зарядов, и первым измерил заряд электрона.
Страничка из журнала Physical Review c описанием эксперимента

Второй знаменитый результат нашего героя — это изучение фотоэффекта. Несмотря на то, что к началу XX века практически все физики считали, что свет — это волна, Альберт Эйнштейн предположил, что свет состоит из частиц — фотонов. И исходя из этого предположения сумел объяснить фотоэлектрический эффект, на котором работают все солнечные батареи.

Милликен считал, что Эйнштейн неправ, и решил доказать это. В 1912 году он собрал сложнейшую экспериментальную установку, которая показала, что соотношение Эйнштейна, которое устанавливало связь между энергией выбитых из поверхности электронов и частотой квантов падающего света, выполняется. При этом измерения Милликена были столь точны, а совершенная экспериментальная установка настолько исключала все помехи, что сомнений в правоте Эйнштейна не осталось почти ни у кого. Разве что у самого Милликена, который еще в своих учебниках середины 1920-х не жаловал великого теоретика.

Наверное, больше всего физика «старой школы» расстроило то, что именно его результаты, которые, помимо всего, принесли самое точное на то время измерение постоянной Планка, убедили мировое сообщество в верности квантовой теории.

Впрочем, судьба подготовила Милликену достойное утешение — Нобелевскую премию по физике 1923 года. В своей лекции он сказал: «Наука шагает вперед на двух ногах — на теории и эксперименте... Иногда вперед выдвигается одна нога, иногда другая, но неуклонный прогресс достигается лишь тогда, когда шагают обе». Милликен знал, о чем говорит. Впрочем, его исследования на этом триумфе не закончились. Как и Нобелевские премии, пусть и не его самого.

Незадолго до награды Милликен получил отличное место работы — профессуру в Калифорнийском технологическом институте. Сейчас в нем расположена одна из самых «космических» лабораторий мира — знаменитая JPL, Лаборатория реактивного движения. И именно Милликен начал в Калтехе изучать космос.
Карл Андерсон

Он обратил внимание на открытые австрийцем Виктором Гессом «лучи», приходящие из космоса в атмосферу. Как в случае с радиоактивным излучением и с катодными лучами, космические лучи (этот термин, кстати, придумал сам Милликен), оказались не совсем лучами, а потоком частиц. Именно Милликен организовал первое масштабное изучение космических лучей. Понимая, что атмосфера Земли активно поглощает лучи, Милликен с учениками старались поднимать приборы как можно выше: сначала на вершины гор, а затем — при помощи воздушного шара — еще выше. Именно так ученик Милликена Карл Андерсон открыл первую частицу антивещества (позитрон). Так нобелевский лауреат Милликен обеспечил премию и своему ученику, которую он разделил с Виктором Гессом.

Комментарии

Комментарии не найдены ...
Добавлять комментарии могут только
зарегистрированные пользователи!
 
Имя или номер: Пароль:
Регистрация » Забыли пароль?
 
© decoder.ru 2003 - 2017, создание портала - Vinchi Group & MySites