Роберт Міллікен був не просто ім’ям підручника. Він був тією самою людиною, яка точно визначила заряд електрона. Народившись у Моррісоні, штат Іллінойс, у 1868 році, він виріс на тлі американського Середнього Заходу, а потім переїхав до академічних центрів Східного узбережжя. Його шлях почався в коледжі Оберлін, де він отримав диплом у 1891 році. Потім був Колумбійський університет, де в 1895 році, через чотири роки, він отримав ступінь доктора філософії.
Нобелівська премія з фізики 1923 року присуджено поза спекуляції. Вона була присуджена за докази.
У 1896 році він обійняв посаду асистента в університеті Чикаго. Незабаром він піднявся кар’єрними сходами, ставши повним професором у 1910 році. Викладаючи, він писав підручники з фізики. То були не сухі, запилені томи. Вони широко використовувалися учнями старших класів та студентами коледжів. Вони сформували те, як ціле покоління дізнавалося про фізичний світ.
Але його справжня спадщина була не в класі. Воно було у лабораторії. Міллікен відомий двома великими досягненнями: вивченням елементарного електронного заряду та дослідженням фотоелектричного ефекту. Фотоелектричний ефект десятиліттями залишався загадкою. Світло, що падає на метал, могло вибивати електрони. Але скільки енергії для цього потрібно? І як швидко рухалися електрони? Ейнштейн запропонував пояснення, але йому були потрібні докази.
Міллікен надав ці докази. І він пішов далі. Він хотів дізнатися точне значення заряду електрона. Це було малесеньке число. Неможливо мале для інструментів того часу. Однак він знайшов спосіб його виміряти.
Експеримент з олійними краплями
Як він це зробив? Він використав масляні краплі.
Міллікен організував експеримент, який виглядав простим, але вимагав високої точності. Він розпорошував крихітні краплі олії в камеру. Ці краплі набували заряду за рахунок тертя. Потім він доклав електричного поля. Поле протистояло гравітації. Він спостерігав, як краплі зависають у повітрі.
Балансуючи сили, міг вирахувати заряд. Він повторював це тисячі разів. Результати були узгоджені. Заряд завжди був ціле число, кратне базовому значенню. Це базове значення було заряд одного електрона.
Це стало поворотним моментом. Це довело, що заряд квантується. Він не був безперервним. Ви не могли мати половину заряду електрона. Це було чи все, чи нічого. Це підтвердило атомну теорію матерії таким чином, що ніколи раніше не було досягнуто.
Чому це важливо сьогодні
То чому вам має бути цікаво, хто такий Роберт Міллікен?
Його робота не просто принесла йому Нобелівську премію 1923 року. Вона заклала основу сучасної електроніки. Щоразу, коли ви заряджаєте телефон, щоразу, коли сонячна панель перетворює світло на електрику, ви маєте справу з принципами, які допоміг визначити Міллікен. Фотоелектричний ефект є основою роботи сонячних елементів. Ретельні виміри Міллікена дозволили зрозуміти, скільки енергії несе кожен електрон.
Без його точних даних квантова революція, можливо, зайняла набагато більше часу, щоб набрати обертів. Він перетворив теоретичну концепцію на вимірний факт.
Міллікен помер 1953 року в Сан-Марино, штат Каліфорнія. Він залишив по собі велику спадщину, яка змінила те, як ми бачимо будівельні блоки всесвіту. Ми досі використовуємо його числа. Ми досі покладаємося на впевненість, яку він привніс до області, повної невизначеності.
Наступного разу, коли ви
Точне визначення фундаментального заряду
Пошуки Міллікан заряду окремого електрона почалися в 1909 році. Спершу він відстежував рух заряджених крапель води в електричному полі. Дані вказували на певну закономірність: заряд цих крапель, здавалося, був крадений певної фундаментальної одиниці. Проте одержані числа були неточними. Експеримент не мав необхідної точності, щоб переконати фізичну спільноту.
Проблемою була вода. Вона випаровувалась надто швидко. Занадто швидко для проведення точних вимірів.
Тому 1910 року він змінив тактику. Він замінив воду олією. Експеримент із олійними краплями став легендарним. Він підвішував краплі олії між двома металевими пластинами. Він регулював напругу доти, доки крапля не зависала абсолютно нерухомо. Гравітація тягла вниз, електрика вгору. Сили врівноважували одна одну. У цей точний момент підвішування міг обчислити заряд. Результати виявилися чіткими. Переконливими.
Підтвердження радикальної теорії Ейнштейна
До 1916 Міллікан звернув свою увагу на світ. А саме – на фотоелектричний ефект. Це явище ставило в глухий кут фізиків. Коли світло падало на металеву пластину, воно вибивало електрони. Але чому? Як це працювало?
Ейнштейн запропонував рішення у 1905 році. Він розглядав світло як квантове явище. Його рівняння було простим, але революційним: * E = hf – φ*. Енергія вибитого електрона дорівнювала постійній планці, помноженій на частоту світла, мінус робота виходу металу.
Багато фізиків відкидали це. Це суперечило усталеної хвильової теорії. Міллікан поставив собі за мету спростувати її. Він застосував ту ж строгу експериментальну техніку, яку використовував для олійних крапель. Він вимірював фотоелектричний ефект із екстремальною точністю.
«Вимірювання Міллікан підтвердили теорію Ейнштейна і дозволили отримати точне значення постійної Планка».
Іронічним чином він довів, що Ейнштейн мав рацію. Він також точно визначив постійну Планку. Теорія, яка раніше здавалася єрессю, була підтверджена його даними.
Участь у військових зусиллях та космічні промені
Обстановка змінилася 1917 року. Сполучені Штати вступили у Першу світову війну. Міллікан відійшов від чистої фізики. Він став віце-головою Національної дослідницької ради у Вашингтоні, округ Колумбія. Його роль була практичною. Він допомагав вченим застосовувати свої дослідження на користь військових зусиль.
Він повернувся до академії у 1919 році, базуючись у Чикаго. Але потяг до Заходу був сильний. У 1921 році він залишив університет Чикаго. Він обійняв нову посаду директора лабораторії фізики Нормана Бріджа у Каліфорнійському технологічному інституті (Калтех) у Пасадені.
Там він вивчив дивний сигнал. Фізик Віктор Гесс виявив випромінювання, що надходить із космосу. Чи був він земного походження? Чи позаземного?
Міллікан довів, що воно позаземне. Він визначив його походження. Він також дав йому назву. Він назвав це “космічними променями”. Термін прижився.
Створення дослідницької імперії
Вплив Міллікана виходив за межі лабораторії. Він був головою виконавчої ради Калтеха. Він обіймав цю посаду з 1921 року до свого виходу на пенсію у 1945 році.
За ці двадцять чотири роки він змінив інститут. Калтех виріс до одного з провідних дослідницьких центрів у Сполучених Штатах. Закладений ним фундамент залишився міцним. Робота продовжувалася. Запитання все ще залишалися без відповіді.
