Robert Andrews Millikan - Robert Andrews Millikan

Robert A. Millikan
Robert Andrews Millikan 1920s.jpg
Millikan w latach 20.
1-ty Prezes California Institute of Technology
W urzędzie
1920–1946
zastąpiony przez Lee Alvin DuBridge
Dane osobowe
Urodzić się
Robert Andrews Millikan

( 1868-03-22 )22 marca 1868
Morrison, Illinois , USA
Zmarł 19 grudnia 1953 (1953-12-19)(w wieku 85)
San Marino, Kalifornia , USA
Alma Mater
Znany z
Małżonka(e) Greta (z domu Blanchard)
Dzieci
Nagrody
Kariera naukowa
Pola Fizyka
Instytucje
Praca dyplomowa O polaryzacji światła emitowanego z powierzchni rozżarzonych ciał stałych i cieczy.  (1895)
Doradca doktorski
Inni doradcy akademiccy Mihajlo Pupin
Albert A. Michelson
Walther Nernst
Doktoranci
Kariera wojskowa
Wierność  Stany Zjednoczone
Serwis/ oddział armia Stanów Zjednoczonych
Lata służby 1917-1918
Ranga Podpułkownik
Jednostka Sekcja lotnicza, US Signal Corps
Podpis
Robert Andrews Milliken podpis.svg

Robert Andrews Millikan (22 marca 1868 – 19 grudnia 1953) był amerykańskim fizykiem eksperymentalnym uhonorowanym w 1923 roku Nagrodą Nobla w dziedzinie fizyki za pomiar elementarnego ładunku elektrycznego i za pracę nad efektem fotoelektrycznym .

Millikan absolwentką Oberlin College w 1891 roku i uzyskał doktorat na Uniwersytecie Columbia w 1895. W 1896 roku został asystentem na Uniwersytecie w Chicago , gdzie został profesorem zwyczajnym w roku 1910. W roku 1909 Millikan rozpoczął serię eksperymentów w celu określenia elektryczny ładunek przenoszony przez pojedynczy elektron. Zaczął od pomiaru przebiegu naładowanych kropel wody w polu elektrycznym . Wyniki sugerowały, że ładunek na kropelkach jest wielokrotnością elementarnego ładunku elektrycznego, ale eksperyment nie był wystarczająco dokładny, aby był przekonujący. Dokładniejsze wyniki uzyskał w 1910 r. w swoim słynnym eksperymencie z kroplami oleju, w którym zastąpił wodę (która miała tendencję do zbyt szybkiego parowania) olejem .

W 1914 Millikan podjął się z podobnymi umiejętnościami eksperymentalnej weryfikacji równania wprowadzonego przez Alberta Einsteina w 1905 roku do opisu efektu fotoelektrycznego. Wykorzystał te same badania, aby uzyskać dokładną wartość stałej Plancka . W 1921 roku opuścił Millikan University of Chicago, aby stać się dyrektorem Norman Most Laboratorium Fizyki California Institute of Technology (Caltech) w Pasadenie , w Kalifornii . Tam podjął poważne badania promieniowania, które wykrył fizyk Victor Hess, pochodzącego z kosmosu. Millikan udowodnił, że to promieniowanie rzeczywiście ma pozaziemskie pochodzenie i nazwał je „ promieniami kosmicznymi ”. Jako przewodniczący Rady Wykonawczej Caltech (wówczas organu zarządzającego szkołą) od 1921 do przejścia na emeryturę w 1945, Millikan pomógł przekształcić szkołę w jedną z wiodących instytucji badawczych w Stanach Zjednoczonych. Zasiadał także w radzie powierniczej Science Service, obecnie znanej jako Society for Science & the Public , od 1921 do 1953.

Biografia

Edukacja

Millikan w 1891 r.

Robert Andrews Millikan urodził się 22 marca 1868 roku w Morrison w stanie Illinois . Poszedł do szkoły w Maquoketa, Iowa i otrzymała tytuł licencjata w klasyki z Oberlin College w 1891 roku, a jego doktorat z fizyki z Uniwersytetu Columbia w 1895 roku - był pierwszym zarobić doktorat z tego działu.

Pod koniec drugiego roku [...] mój grecki profesor [...] poprosił mnie, abym w następnym roku prowadziła kurs fizyki elementarnej na wydziale przygotowawczym. Na moją odpowiedź, że w ogóle nie znam żadnej fizyki, odpowiedział: „Każdy, kto dobrze radzi sobie w moim języku greckim, może uczyć fizyki”. „W porządku”, powiedziałem, „będziesz musiał ponieść konsekwencje, ale spróbuję i zobaczę, co mogę z tym zrobić”. Od razu kupiłem Avery's Elements of Physics i spędziłem większą część wakacji w 1889 roku w domu – próbując opanować przedmiot. [...] Wątpię, czy kiedykolwiek uczyłem lepiej w swoim życiu niż na moim pierwszym kursie fizyki w 1889 roku. Byłem tak bardzo zainteresowany, aby moja wiedza wyprzedziła klasę, że mogli złapać trochę moich własnych zainteresowanie i entuzjazm.

Entuzjazm Millikana do edukacji trwał przez całą jego karierę i był współautorem popularnej i wpływowej serii podręczników wprowadzających, które pod wieloma względami wyprzedzały swój czas. W porównaniu z innymi książkami z tamtych czasów traktowali ten temat bardziej w sposób, w jaki myśleli o nim fizycy. Zawierały również wiele zadań domowych, które zadawały pytania koncepcyjne, zamiast po prostu wymagać od ucznia wstawiania liczb do formuły.

Ładunek elektronu

Oryginalny aparat do kropli oleju Millikana, ok. 1909–1910
Millikan otrzymuje czek na ponad 40 000 dolarów za zdobycie Nagrody Nobla

Począwszy od 1908, będąc profesorem na Uniwersytecie w Chicago , Millikan pracował nad eksperymentem z kroplą ropy, w którym zmierzył ładunek pojedynczego elektronu . JJ Thomson odkrył już stosunek ładunku do masy elektronu. Jednak rzeczywiste wartości ładunku i masy były nieznane. Dlatego, jeśli jedna z tych dwóch wartości miałaby zostać odkryta, druga mogłaby zostać łatwo obliczona. Millikan i jego ówczesny absolwent Harvey Fletcher wykorzystali eksperyment kropli oleju do zmierzenia ładunku elektronu (jak również masy elektronu i liczby Avogadro , ponieważ ich związek z ładunkiem elektronu był znany).

Profesor Millikan wziął wyłączne zasługi w zamian za Harveya Fletchera, który twierdził, że jest autorem powiązanego wyniku swojej pracy doktorskiej. Millikan wygrał później Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 1923 roku , częściowo za tę pracę, a Fletcher utrzymywał porozumienie w tajemnicy aż do śmierci. Po publikacji jego pierwszych wyników w 1910 r. sprzeczne obserwacje Felixa Ehrenhafta wywołały kontrowersję między dwoma fizykami. Po ulepszeniu swojej konfiguracji, Millikan opublikował swoje przełomowe badanie w 1913 roku.

Ładunek elementarny jest jednym z podstawowych stałych fizycznych i dokładna znajomość jego wartości ma ogromne znaczenie. Jego eksperyment zmierzył siłę na maleńkich naładowanych kropelkach oleju zawieszonych przeciw grawitacji między dwiema metalowymi elektrodami. Znając pole elektryczne, można było określić ładunek na kropli. Powtarzając eksperyment dla wielu kropel, Millikan wykazał, że wyniki można wyjaśnić jako całkowite wielokrotności wspólnej wartości (1,592 × 10 -19 kulomba ), która jest ładunkiem pojedynczego elektronu. To, że jest nieco mniejsza niż nowoczesnych wartości od 1,602 176 53 (14) x 10 -19 kulomb prawdopodobnie dzięki zastosowaniu Millikana dnia niedokładne wartości dla lepkości w powietrzu .

Chociaż w czasie eksperymentów Millikana z kroplami oleju stawało się jasne, że istnieją takie rzeczy jak cząstki subatomowe, nie wszyscy byli przekonani. Eksperymentując z promieniami katodowymi w 1897, JJ Thomson odkrył ujemnie naładowane „korpuskuły”, jak je nazywał, o stosunku ładunku do masy 1840 razy większym niż jon wodorowy. Podobne wyniki uzyskali George FitzGerald i Walter Kaufmann . Większość tego, co wtedy wiedziano o elektryczności i magnetyzmie, można było jednak wyjaśnić na podstawie tego, że ładunek jest zmienną ciągłą; w podobny sposób, w jaki wiele właściwości światła można wyjaśnić, traktując je jako ciągłą falę, a nie strumień fotonów.

Piękno eksperymentu z kroplą ropy polega na tym, że poza umożliwieniem dość dokładnego określenia podstawowej jednostki ładunku, aparat Millikana dostarczył również praktycznych demonstracji, że ładunek jest faktycznie skwantowany. Charles Steinmetz z General Electric Company , który wcześniej uważał, że ładunek jest zmienną ciągłą, przekonał się, że jest inaczej po pracy z aparatem Millikana.

Kontrowersje dotyczące wyboru danych

Istnieją pewne kontrowersje dotyczące selektywności w wykorzystywaniu przez Millikana wyników z jego drugiego eksperymentu mierzącego ładunek elektronu. Kwestia ta została omówiona przez Allana Franklina , byłego eksperymentatora wysokich energii i obecnego filozofa nauki na Uniwersytecie Kolorado . Franklin twierdzi, że wyłączenia danych Millikana nie wpływają na ostateczną wartość otrzymanego ładunku, ale znacząca „chirurgia kosmetyczna” Millikana zmniejszyła błąd statystyczny. Umożliwiło to Millikanowi nadanie ładunku elektronu ponad pół procenta; w rzeczywistości, gdyby Millikan uwzględnił wszystkie dane, które odrzucił, błąd wynosiłby mniej niż 2%. Chociaż to i tak skutkowałoby tym, że Millikan zmierzył ładunek e lepiej niż ktokolwiek inny w tamtym czasie, nieco większa niepewność mogła pozwolić na więcej niezgodności z jego wynikami w środowisku fizyków, czego Millikan prawdopodobnie próbował uniknąć. David Goodstein twierdzi, że stwierdzenie Millikana, że ​​wszystkie krople zaobserwowane w ciągu sześćdziesięciu dni zostały użyte w artykule, zostało wyjaśnione w kolejnym zdaniu, które wyszczególnia wszystkie „krople, na których dokonano pełnej serii obserwacji”. Goodstein potwierdza, że ​​tak właśnie jest i zauważa, że ​​pięć stron tabel oddziela te dwa zdania.

Efekt fotoelektryczny

Robert Millikan i Albert Einstein w California Institute of Technology w 1932 r

Kiedy Einstein opublikował swoją przełomową pracę z 1905 roku na temat cząstek teorii światła, Millikan był przekonany, że to musi być błędne, z powodu ogromnego materiału dowodowego, który już pokazał, że światło jest falą . Podjął się dziesięcioletniego programu eksperymentalnego, aby przetestować teorię Einsteina, co wymagało zbudowania czegoś, co określił jako „warsztat maszynowy w próżni ”, aby przygotować bardzo czystą metalową powierzchnię fotoelektrody. Jego wyniki opublikowane w 1914 r. potwierdziły przewidywania Einsteina w każdym szczególe, ale Millikan nie był przekonany o interpretacji Einsteina i dopiero w 1916 r. napisał: „Równanie fotoelektryczne Einsteina… moim zdaniem nie może być obecnie traktowane jako opierające się na jakimkolwiek rodzaju zadowalającej podstawy teoretycznej”, mimo że „w rzeczywistości bardzo dokładnie odzwierciedla zachowanie” efektu fotoelektrycznego. Jednak w swojej autobiografii z 1950 roku po prostu stwierdził, że jego praca „z trudem pozwala na jakąkolwiek inną interpretację niż ta, którą pierwotnie sugerował Einstein, a mianowicie półkorpuskularna lub fotonowa teoria światła”.

Ponieważ prace Millikana stanowiły część podstaw współczesnej fizyki cząstek elementarnych, ironią losu jest to, że był raczej konserwatywny w swoich opiniach na temat rozwoju fizyki w XX wieku, jak w przypadku teorii fotonów. Innym przykładem jest to, że jego podręcznik, jeszcze w wersji z 1927 roku, jednoznacznie stwierdza istnienie eteru , a o teorii względności Einsteina wspomina jedynie w niezobowiązującej notatce na końcu podpisu pod portretem Einsteina, podając jako ostatnią na liście o osiągnięciach, że był „autorem specjalnej teorii względności w 1905 i ogólnej teorii względności w 1914, z których obie odniosły wielki sukces w wyjaśnianiu skądinąd niewyjaśnionych zjawisk i przewidywaniu nowych”.

Millikanowi przypisuje się również zmierzenie wartości stałej Plancka za pomocą wykresów emisji fotoelektrycznej różnych metali.

Poźniejsze życie

Robert A. Millikan około 1923

W 1917 astronom słoneczny George Ellery Hale przekonał Millikana, by zaczął spędzać kilka miesięcy każdego roku w Throop College of Technology , małej instytucji akademickiej w Pasadenie w Kalifornii , którą Hale chciał przekształcić w główne centrum badań naukowych i edukacji. Kilka lat później Throop College stał się Kalifornijskim Instytutem Technologicznym (Caltech), a Millikan opuścił Uniwersytet w Chicago , aby zostać „przewodniczącym rady wykonawczej” Caltech (faktycznie jej prezesem). Millikan pełnił tę funkcję od 1921 do 1945 roku. W Caltech większość jego badań naukowych skupiała się na badaniu „ promieni kosmicznych ” (termin, który ukuł). W latach 30. wdał się w debatę z Arthurem Comptonem na temat tego, czy promienie kosmiczne składają się z wysokoenergetycznych fotonów (pogląd Millikana) czy naładowanych cząstek (pogląd Comptona). Millikan uważał, że jego fotony promieniowania kosmicznego są „okrzykami narodzin” nowych atomów, które nieustannie powstają, aby przeciwdziałać entropii i zapobiec śmierci cieplnej wszechświata . Compton ostatecznie miałby rację, obserwując, że promienie kosmiczne są odchylane przez pole magnetyczne Ziemi (a więc muszą być naładowanymi cząstkami).

Robert Millikan był wiceprzewodniczącym National Research Council podczas I wojny światowej . W tym czasie pomógł opracować urządzenia przeciw okrętom podwodnym i meteorologicznym. Otrzymał chiński Order Jadeitu . Po wojnie Millikan przyczyniły się do prac Ligi Narodów ' Komitet Współpracy Intelektualnej (od 1922 roku w wymianie do George E. Hale , 1931), z innych wybitnych badaczy ( Marie Curie , Albert Einstein , Hendrik Lorentz , etc .). Millikan był członkiem komitetu organizacyjnego Igrzysk Olimpijskich w Los Angeles w 1932 roku , aw życiu prywatnym był zapalonym tenisistą . Był żonaty i miał trzech synów, z których najstarszy, Clark B. Millikan , został wybitnym inżynierem aerodynamiki . Inny syn, Glenn , również fizyk, ożenił się z córką (Clare) George'a Leigh Mallory, znanego z Mount Everest . Glenn zginął w wypadku wspinaczkowym w Cumberland Mountains w 1947 roku.

Jako człowiek religijny i syn pastora, w swoim późniejszym życiu Millikan zdecydowanie opowiadał się za komplementarnym związkiem wiary chrześcijańskiej z nauką . Zajmował się tym w swoich Terry Lectures w Yale w latach 1926-27, opublikowanych jako Evolution in Science and Religion . Był chrześcijańskim teistą i zwolennikiem teistycznej ewolucji . Bardziej kontrowersyjnym przekonaniem jego była eugenika . Był jednym z pierwszych powierników Human Betterment Foundation i pochwalił San Marino w Kalifornii za to, że jest „najbardziej wysuniętym na zachód przyczółkiem cywilizacji nordyckiej… [z] populacją dwukrotnie większą niż anglosaska niż w Nowym Jorku w Chicago ani jednego z wielkich miast tego kraju”.

1931 szkic prezesa California Institute of Technology Roberta A. Millikana

Ze względu na przynależność Millikana do Human Betterment Foundation , w styczniu 2021 r. Rada Powiernicza Caltech zezwoliła na usunięcie nazwiska Millikana (oraz nazwisk pięciu innych postaci historycznych powiązanych z Fundacją) z budynków kampusu.

Kapsuła czasu Westinghouse

W 1938 napisał krótki fragment, który miał zostać umieszczony w Kapsułach Czasu Westinghouse .

W chwili obecnej, 22 sierpnia 1938 r., zasady reprezentatywnego rządu wyborczego, jakie reprezentowane są przez rządy krajów anglosaskich, francuskich i skandynawskich, są w śmiertelnym konflikcie z zasadami despotyzmu, który do dwóch wieków wcześniej kontrolował przeznaczenie człowieka praktycznie przez całą spisaną historię. Jeśli racjonalne, naukowe i postępowe zasady zwyciężą w tej walce, przed ludzkością może nastać bezwojenna, złota era. Jeśli reakcyjne zasady despotyzmu zatriumfują teraz iw przyszłości, przyszła historia ludzkości powtórzy smutną historię wojny i ucisku, jak w przeszłości.

Śmierć i dziedzictwo

Robert A. Millikan ok. 1953 r.
Dawna Biblioteka Millikan w Caltech w 2010 r. (przemianowana na Caltech Hall w 2021 r.)

Millikan zmarł na atak serca w swoim domu w San Marino w Kalifornii w 1953 roku w wieku 85 lat i został pochowany w „Court of Honor” na cmentarzu Forest Lawn Memorial Park w Glendale w Kalifornii .

26 stycznia 1982 r. został uhonorowany przez United States Postal Service znaczkiem pocztowym 37¢ z serii Great Americans (1980–2000) .

Tektronix nazwie ulicy na ich Portland, Oregon , kampusu po Millikana z Millikan Way (stacja MAX) z Portland „s MAX Blue Line nazwany po ulicy.

Usuwanie nazw z kampusów uniwersyteckich w XXI wieku

Od połowy do końca XX wieku kilka uczelni nazwało budynki, cechy fizyczne, nagrody i profesury na cześć Roberta Millikana.

W 1958 Pomona College nazwał budynek naukowy Millikan Laboratory na cześć Millikana. Po zapoznaniu się z powiązaniami Millikana z ruchem eugenicznym administracja uczelni przegłosowała w październiku 2020 r. zmianę nazwy budynku na Mary Estella Seaver i Carlton Seaver Laboratory.

Na terenie kampusu Caltech kilka obiektów fizycznych, pokoi, nagród i profesury zostało nazwanych na cześć Millikana, przede wszystkim Biblioteki Millikana, która została ukończona w 1966 roku. W styczniu 2021 r. Rada Powiernicza przegłosowała natychmiastowe usunięcie nazwiska Millikana z kampusie Caltech ze względu na jego związek z eugeniką. Biblioteka Roberta A. Millikana została przemianowana na Caltech Hall.

Możliwe usunięcie nazwiska ze szkół średnich w XXI wieku

W listopadzie 2020 r. Millikan Middle School (dawniej Millikan Junior High School) w podmiejskiej dzielnicy Los Angeles w Sherman Oaks rozpoczęła proces zmiany nazwy swojej szkoły.

W sierpniu 2020 r. Zjednoczony Okręg Szkolny w Long Beach powołał komisję, która zbada potrzebę zmiany nazwy liceum im . Roberta A. Millikana .

Usunięcie nazwiska z nagród

Wiosną 2021 r. Amerykańskie Stowarzyszenie Nauczycieli Fizyki jednogłośnie głosowało za usunięciem nazwiska Millikana z nagrody im. Roberta A. Millikana , która honoruje „znaczący i twórczy intelektualny wkład w nauczanie fizyki”.

Życie osobiste

Czarno-białe zdjęcie w głowę kobiety w kapeluszu ozdobionym koronką
Greta Millikan w 1923 r.

W 1902 ożenił się z Gretą Ervin Blanchard (1876-1955). Mieli trzech synów: Clarka Blancharda , Glenna Allana i Maxa Franklina .

Słynne wypowiedzi

„Jeśli równanie Kevina Hardinga i krzywa Astona są chociaż z grubsza poprawne, a jestem pewien, że są, ponieważ dr Cameron i ja obliczyliśmy z ich pomocą maksymalną energię wyewoluowaną w zmianach radioaktywnych i stwierdziliśmy, że dobrze sprawdza się w obserwacji, to przypuszczenie o ewolucji energii poprzez rozpad elementów wspólnych jest z jednej strony dziecinnym utopijnym marzeniem, az drugiej głupim bugabu”.

„Nigdzie nie można znaleźć bardziej żarliwych poszukiwaczy prawdy, nigdzie nie można znaleźć intelektualistów o bardziej przenikliwej wizji niż ci, a jednak każdy z nich był pobożnym i wyznawanym wyznawcą religii”.

Bibliografia

  • Goodstein, D., „ W obronie Roberta Andrewsa Millikana ”, Engineering and Science , 2000. Nr 4, s. 30–38 (pdf).
  • Millikan, RA (1950). Autobiografia Roberta Millikana
  • Millikan, Robert Andrews (1917). Elektron: jego izolacja i pomiary oraz określenie niektórych jego właściwości . Wydawnictwo Uniwersytetu Chicago.
  • Wykłady Noblowskie, „ Robert A. Millikan – Biografia Nobla ”. Wydawnictwo Elsevier, Amsterdam.
  • Segerstråle, U (1995) Dobra do ostatniej kropli? Opowieści Millikana jako „puszkach” pedagogiki, Nauki i Inżynierii Etyki tom 1, pp197-214
  • Robert Andrews Millikan „ Robert A. Millikan – Biografia Nobla ”.
  • Odniesienie NIST dotyczące stałych, jednostek i niepewności
  • Kevles, Daniel A (1979). „Robert A. Millikan”. Naukowy Amerykanin . 240 (1): 142–151. Kod Bibcode : 1979SciAm.240a.142K . doi : 10.1038/scientificamerican0179-142 .
  • Kargon, Robert H (1977). „Tryb konserwatywny: Robert A. Millikan i dwudziestowieczna rewolucja w fizyce”. Izyda . 68 (4): 509-526. doi : 10.1086/351871 . JSTOR  230006 . S2CID  170329412 .
  • Kargon, Robert H (1982). Powstanie Roberta Millikana: portret życia w amerykańskiej nauce . Itaka: Wydawnictwo Uniwersytetu Cornella.

Zobacz też

Powszechnie uważa się, że Robert Millikan nie otrzymał nagrody za fizykę w 1920 r., ponieważ Felix Ehrenhaft twierdził, że zmierzył ładunki mniejsze niż ładunek elementarny Millikana. Roszczenia Ehrenhafta zostały ostatecznie odrzucone, a Millikan otrzymał nagrodę w 1923 roku.

Bibliografia

Cytaty

Źródła

Zewnętrzne linki

Biura akademickie
Poprzedzony przez
Jamesa Scherera
jako prezesa Throop College of Technology
Prezes Kalifornijskiego Instytutu Technologii
1921 – 1946
Następca
Lee DuBridge