Роберт Эндрюс Милликен (22 марта 1868 — 19 декабря 1953) — американский физик- экспериментатор , лауреат Нобелевской премии по физике 1923 года за измерение элементарного электрического заряда и работу по фотоэлектрическому эффекту .
Милликен окончил Оберлинский колледж в 1891 году и получил докторскую степень в Колумбийском университете в 1895 году. В 1896 году он стал ассистентом в Чикагском университете , где в 1910 году стал профессором. В 1909 году Милликен начал серию экспериментов по определению электрического заряда, переносимого одним электроном. Он начал с измерения движения заряженных капель воды в электрическом поле . Результаты предполагали, что заряд на каплях кратен элементарному электрическому заряду, но эксперимент был недостаточно точным, чтобы быть убедительным. Он получил более точные результаты в 1910 году с помощью своего эксперимента с каплей масла, в котором он заменил воду (которая имела тенденцию слишком быстро испаряться) маслом . [4]
В 1914 году Милликен с таким же мастерством занялся экспериментальной проверкой уравнения, введенного Альбертом Эйнштейном в 1905 году для описания фотоэлектрического эффекта. Он использовал это же исследование для получения точного значения постоянной Планка . В 1921 году Милликен покинул Чикагский университет, чтобы стать директором Лаборатории физики Нормана Бриджа в Калифорнийском технологическом институте (Калтех) в Пасадене , Калифорния . Там он провел крупное исследование излучения, обнаруженного физиком Виктором Гессом из космоса. Милликен доказал, что это излучение действительно имеет внеземное происхождение , и назвал его « космическими лучами ». Будучи председателем Исполнительного совета Калтеха (руководящего органа школы в то время) с 1921 года до своей отставки в 1945 году, Милликен помог превратить школу в один из ведущих научно-исследовательских институтов в Соединенных Штатах. [5] [6] С 1921 по 1953 год он также входил в совет попечителей Научной службы, ныне известной как Общество науки и общественности .
Милликен был избранным членом Американского философского общества , [7] Американской академии искусств и наук , [8] и Национальной академии наук США . [9] В 1950 году он был избран почетным членом Оптического общества Америки . [10]
Роберт Эндрюс Милликен родился 22 марта 1868 года в Моррисоне, штат Иллинойс . [6] Он учился в средней школе в Маквокете, штат Айова, и получил степень бакалавра по классическим наукам в Оберлинском колледже в 1891 году, а также докторскую степень по физике в Колумбийском университете в 1895 году [11] — он был первым, кто получил степень доктора философии на этом факультете. [12]
В конце моего второго года обучения [...] мой преподаватель греческого языка [...] попросил меня преподавать курс элементарной физики на подготовительном отделении в течение следующего года. На мой ответ, что я вообще не знаю физики, он ответил: «Любой, кто хорошо владеет греческим, может преподавать физику». «Хорошо», — сказал я, «вам придется отвечать за последствия, но я постараюсь и посмотрю, что я смогу с этим сделать». Я сразу же купил « Элементы физики » Эвери и провел большую часть своих летних каникул 1889 года дома — пытаясь освоить этот предмет. [...] Я сомневаюсь, что когда-либо в своей жизни я преподавал лучше, чем на своем первом курсе физики в 1889 году. Я был так сильно заинтересован в том, чтобы мои знания опережали знания класса, что они, возможно, переняли часть моего собственного интереса и энтузиазма. [13]
Энтузиазм Милликена в отношении образования сохранялся на протяжении всей его карьеры, и он был соавтором популярной и влиятельной серии вводных учебников, [14] которые опередили свое время во многих отношениях. По сравнению с другими книгами того времени, они рассматривали предмет больше так, как его представляли себе физики. Они также включали много домашних заданий, которые задавали концептуальные вопросы, а не просто требовали от ученика подставлять числа в формулу.
Начиная с 1908 года, будучи профессором Чикагского университета , Милликен работал над экспериментом с каплей масла , в котором он измерял заряд одного электрона . Дж. Дж. Томсон уже открыл отношение заряда к массе электрона. Однако фактические значения заряда и массы были неизвестны. Поэтому, если бы одно из этих двух значений было обнаружено, другое можно было бы легко вычислить. Милликен и его тогдашний аспирант Харви Флетчер использовали эксперимент с каплей масла для измерения заряда электрона (а также массы электрона и постоянной Авогадро , поскольку их связь с зарядом электрона была известна).
Профессор Милликен взял на себя исключительную ответственность, в обмен на то, что Харви Флетчер заявил о полном авторстве на связанный с этим результат для своей диссертации. [15] Милликен впоследствии получил Нобелевскую премию по физике 1923 года , отчасти за эту работу, а Флетчер держал соглашение в секрете до своей смерти. [16] После публикации своих первых результатов в 1910 году, [17] противоречивые наблюдения Феликса Эренхафта вызвали спор между двумя физиками. [18] Усовершенствовав свою установку, Милликен опубликовал свое основополагающее исследование в 1913 году. [19]
Элементарный заряд является одной из фундаментальных физических констант , и точное знание его значения имеет большое значение. Его эксперимент измерял силу, действующую на крошечные заряженные капли масла, взвешенные против силы тяжести между двумя металлическими электродами. Зная электрическое поле, можно было определить заряд капли. Повторяя эксперимент для многих капель, Милликен показал, что результаты можно объяснить как целые кратные общего значения (1,592 × 10−19 кулонов ) , которое является зарядом одного электрона. То, что это несколько ниже современного значения 1,602 176 53(14) x 10−19 кулонов , вероятно, связано с использованием Милликаном неточного значения вязкости воздуха . [ 20 ] [21]
Хотя во время экспериментов Милликена с каплями масла становилось ясно, что существуют такие вещи, как субатомные частицы, не все были убеждены. Экспериментируя с катодными лучами в 1897 году, Дж. Дж. Томсон открыл отрицательно заряженные «корпускулы», как он их назвал, с отношением заряда к массе в 1840 раз больше, чем у иона водорода. Похожие результаты были получены Джорджем Фицджеральдом и Уолтером Кауфманном . Большую часть того, что тогда было известно об электричестве и магнетизме, можно было объяснить на основе того, что заряд является непрерывной переменной. Это во многом похоже на то, как многие свойства света можно объяснить, рассматривая его как непрерывную волну, а не как поток фотонов.
Прелесть эксперимента с каплей масла в том, что, помимо того, что он позволяет довольно точно определить фундаментальную единицу заряда, аппарат Милликена также обеспечивает «практическую» демонстрацию того, что заряд на самом деле квантуется. Чарльз Штейнмец из компании General Electric , который ранее считал, что заряд является непрерывной переменной, убедился в обратном после работы с аппаратом Милликена.
Существуют некоторые разногласия относительно избирательности использования Милликеном результатов его второго эксперимента по измерению заряда электрона. Этот вопрос обсуждался Алланом Франклином [22] , бывшим экспериментатором в области высоких энергий и нынешним философом науки в Университете Колорадо . Франклин утверждает, что исключения данных Милликеном не влияют на конечное значение полученного заряда, но что существенная «косметическая хирургия» Милликена уменьшила статистическую погрешность. Это позволило Милликену дать заряду электрона значение, превышающее половину процента. Фактически, если бы Милликен включил все отброшенные им данные, погрешность составила бы менее 2%. Хотя это все равно привело бы к тому, что Милликен измерил заряд e − лучше, чем кто-либо другой в то время, немного большая неопределенность могла бы вызвать больше разногласий с его результатами в физическом сообществе, чего Милликен, вероятно, пытался избежать. Дэвид Гудстейн утверждает, что утверждение Милликена о том, что все капли, наблюдавшиеся в течение 60-дневного периода, были использованы в статье, было разъяснено в последующем предложении, в котором были указаны все «капли, по которым была сделана полная серия наблюдений». Гудстейн подтверждает, что это действительно так, и отмечает, что пять страниц таблиц разделяют два предложения. [23]
Когда Альберт Эйнштейн опубликовал свою статью 1905 года о корпускулярной теории света, Милликен был убежден, что она неверна, из-за огромного количества доказательств, которые уже показали, что свет является волной . Он предпринял десятилетнюю экспериментальную программу для проверки теории Эйнштейна, которая потребовала создания того, что он описал как «машиностроительный цех в вакууме », чтобы подготовить очень чистую металлическую поверхность фотоэлектрода. Его результаты, опубликованные в 1914 году, подтвердили предсказания Эйнштейна во всех деталях, [24] но Милликен не был убежден в интерпретации Эйнштейна, и еще в 1916 году он писал: «Фотоэлектрическое уравнение Эйнштейна... по моему мнению, в настоящее время не может рассматриваться как покоящееся на каком-либо удовлетворительном теоретическом фундаменте», хотя «оно на самом деле очень точно представляет поведение» фотоэлектрического эффекта. Однако в своей автобиографии 1950 года он заявил, что его работа «едва ли допускает какую-либо иную интерпретацию, кроме той, которую изначально предложил Эйнштейн, а именно, полукорпускулярную или фотонную теорию самого света» [25] .
Хотя работа Милликена легла в основу современной физики элементарных частиц, он был консервативен в своих взглядах на достижения физики 20-го века, как в случае с теорией фотонов. Другим примером является то, что его учебник, даже в версии 1927 года, недвусмысленно утверждает существование эфира и упоминает теорию относительности Эйнштейна только в уклончивой заметке в конце подписи под портретом Эйнштейна, утверждая в качестве последнего в списке достижений, что он был «автором специальной теории относительности в 1905 году и общей теории относительности в 1914 году, обе из которых имели большой успех в объяснении иначе необъяснимых явлений и в предсказании новых».
Милликену также приписывают измерение значения постоянной Планка с помощью графиков фотоэлектрической эмиссии различных металлов. [26]
В 1917 году астроном Джордж Эллери Хейл убедил Милликена начать проводить несколько месяцев в году в Технологическом колледже Трупа , небольшом учебном заведении в Пасадене, Калифорния , которое Хейл хотел превратить в крупный центр научных исследований и образования. Несколько лет спустя колледж Трупа стал Калифорнийским технологическим институтом (Калтех), и Милликен покинул Чикагский университет , чтобы стать «председателем исполнительного совета» Калтеха (фактически его президентом). Милликен занимал эту должность с 1921 по 1945 год. В Калтехе большая часть его научных исследований была сосредоточена на изучении « космических лучей » (термин, который он придумал). В 1930-х годах он вступил в дебаты с Артуром Комптоном о том, состоят ли космические лучи из высокоэнергетических фотонов (точка зрения Милликена) или заряженных частиц (точка зрения Комптона). Милликен считал, что его фотоны космических лучей были «криками рождения» новых атомов, которые непрерывно создаются для противодействия энтропии и предотвращения тепловой смерти Вселенной . В конечном итоге Комптон доказал свою правоту, наблюдая, что космические лучи отклоняются магнитным полем Земли (следовательно, должны быть заряженными частицами).
Милликен был заместителем председателя Национального исследовательского совета во время Первой мировой войны . В то время он помогал разрабатывать противолодочные и метеорологические устройства. Во время его военной службы расследование, проведенное генеральным инспектором Уильямом Т. Вудом, установило, что Милликен пытался украсть конструкцию центробежной пушки другого изобретателя с целью личной выгоды. [27] Вуд рекомендовал прекратить армейскую комиссию Милликена, но последующее расследование Фрэнка Макинтайра , исполнительного помощника начальника штаба армии, оправдало Милликена. [27] Он получил китайский орден Нефрита [ когда? ] . После войны Милликен внес вклад в работу Комитета Лиги Наций по интеллектуальному сотрудничеству (с 1922 года, вместо Джорджа Э. Хейла , по 1931 год) вместе с другими выдающимися исследователями ( Марией Кюри , Альбертом Эйнштейном , Хендриком Лоренцом и т. д.). [28] Милликен был членом оргкомитета Олимпиады в Лос-Анджелесе 1932 года , [29] а в личной жизни был увлеченным теннисистом . Он был женат и имел трех сыновей, старший из которых, Кларк Б. Милликен , стал выдающимся инженером -аэродинамиком . Другой сын, Гленн , также физик, женился на дочери (Клэр) Джорджа Ли Мэллори, известного по "Because it's there" горе Эверест . Гленн погиб в результате несчастного случая при восхождении в горах Камберленд в 1947 году. [30]
После землетрясения в Лонг-Бич в 1933 году Милликен возглавил Объединенный технический комитет по защите от землетрясений. Они составили отчет, предлагающий средства минимизации потерь жизни и имущества при будущих землетрясениях путем поддержки более строгих строительных норм. [31]
Религиозный человек и сын священника, в своей более поздней жизни Милликен решительно выступал за взаимодополняющие отношения между христианской верой и наукой . [32] [33] [34] [35] Он рассматривал это в своих лекциях Терри в Йельском университете в 1926–27 годах, опубликованных под названием «Эволюция в науке и религии» . [36] Он был христианским теистом и сторонником теистической эволюции . [37] Более спорным его убеждением была евгеника — он был одним из первых попечителей Фонда улучшения человека и восхвалял Сан-Марино, Калифорния, за то, что он был «самым западным форпостом нордической цивилизации... [с] населением, которое в два раза больше англосаксонского, чем существующее в Нью-Йорке, Чикаго или любом из крупных городов этой страны». [38] В 1936 году Милликен посоветовал президенту Университета Дьюка в тогдашнем расово сегрегированном юге Соединенных Штатов не нанимать женщину-физика и утверждал, что было бы лучше нанимать молодых мужчин. [39]
В связи с принадлежностью Милликена к Фонду улучшения человеческого общества в январе 2021 года Совет попечителей Калтеха разрешил удалить имя Милликена (и имена пяти других исторических личностей, связанных с Фондом) со зданий кампуса. [40]
Эта критика была тщательно проанализирована в 2023 году математиком Томасом С. Хейлзом в [41], заключив: «В противовес утверждениям Калтеха, эта статья показывает, что все три научных свидетеля Калтеха против евгеники на самом деле были в разной степени проевгениками. Убеждения Милликена соответствовали приемлемым научным нормам его времени». Его анализ далее предлагал исправить решение Калтеха следующим образом: «Рекомендуются следующие меры. Президент Розенбаум и Совет попечителей Калтеха должны отменить свое одобрение отчета CNR. Сам отчет должен быть отозван из-за несоответствия минимальным стандартам точности и научности, которые ожидаются от официальных документов, выпущенных одним из крупнейших научных учреждений мира. Калтех должен вернуть Роберта Эндрюса Милликена на почетное место». [41]
В 1938 году он написал короткий отрывок, который был помещен в « Капсулы времени Вестингауза» . [42]
В этот момент, 22 августа 1938 года, принципы представительного избирательного правительства, такие, которые представлены правительствами англосаксонских, французских и скандинавских стран, находятся в смертельном конфликте с принципами деспотизма, которые до двух столетий назад контролировали судьбу человека на протяжении практически всей записанной истории. Если рациональные, научные, прогрессивные принципы победят в этой борьбе, то для человечества возможен безвоенный, золотой век. Если реакционные принципы деспотизма восторжествуют сейчас и в будущем, то будущая история человечества повторит печальную историю войны и угнетения, как и в прошлом.
Милликен умер в доме престарелых в Пасадене в 1953 году в возрасте 85 лет [43] [44] [45] и был похоронен на «Суде чести» на кладбище Forest Lawn Memorial Park в Глендейле, Калифорния . [46]
26 января 1982 года Почтовая служба США наградила его почтовой маркой достоинством 37 центов серии «Великие американцы» (1980–2000) . [47]
Tektronix назвала улицу в своем кампусе в Портленде, штат Орегон , в честь Милликена [48], а также Millikan Way (станция MAX) синей линии MAX в Портленде, названную в честь улицы. [ необходимо разъяснение ]
В середине-конце 20-го века несколько колледжей назвали здания, физические характеристики, награды и профессорские должности в честь Милликена. В 1958 году колледж Помона назвал научное здание Лабораторией Милликена в честь Милликена. После рассмотрения связи Милликена с движением евгеники администрация колледжа проголосовала в октябре 2020 года за переименование здания в Лабораторию г-жи Мэри Эстеллы Сивер и г-на Карлтона Сивера. [49]
В кампусе Калтеха в честь Милликена были названы несколько физических объектов, комнат, наград и профессорская должность, включая библиотеку Милликена, которая была завершена в 1966 году. В январе 2021 года совет попечителей проголосовал за немедленное исключение имени Милликена из кампуса Калтеха из-за его связи с евгеникой. Библиотека Роберта А. Милликена была переименована в Caltech Hall. [50] В ноябре 2021 года профессорская должность Роберта А. Милликена была переименована в профессорскую должность судьи Ширли Хафстедлер . [51]
В ноябре 2020 года средняя школа Милликен (ранее средняя школа Милликен) в пригороде Лос-Анджелеса Шерман-Окс начала процесс переименования своей школы. [52] В феврале 2022 года Совет по образованию Объединенного школьного округа Лос-Анджелеса единогласно проголосовал за переименование школы в честь музыканта Луи Армстронга . [53]
В августе 2020 года Объединенный школьный округ Лонг-Бич создал комитет, который должен был изучить необходимость переименования средней школы имени Роберта А. Милликена . [54] [55] Попытка в октябре 2023 года заставить школьный совет возобновить застопорившийся процесс переименования провалилась. [56] По состоянию на август 2024 года [обновлять]Лонг-Бич остается единственным городом, в котором все еще есть учебное заведение, названное в честь Милликена.
Весной 2021 года Американская ассоциация учителей физики единогласно проголосовала за исключение имени Милликена из премии Роберта А. Милликена , которая присуждается за «выдающийся и интеллектуально-творческий вклад в преподавание физики». [57] Несколько месяцев спустя AAPT объявила, что премия будет переименована в честь профессора физики Вашингтонского университета Лилиан К. Макдермотт , которая умерла годом ранее. [58]
В 1902 году он женился на Грете Эрвин Бланчард (1876–1953), которая умерла за 3 месяца до него. У них было трое сыновей: Кларк Бланчард , Гленн Аллан и Макс Франклин . [6] [59] [60]
«Если уравнение Кевина Хардинга и кривая Астона хотя бы приблизительно верны, в чем я уверен, поскольку доктор Кэмерон и я вычислили с их помощью максимальную энергию, выделяемую при радиоактивном изменении, и обнаружили, что она хорошо согласуется с наблюдениями, то это предположение об энергетической эволюции посредством распада обычных элементов является, с одной стороны, детской утопической мечтой, а с другой — глупым пугалом». [61]
«Нигде и никогда не найти более искренних искателей истины, более проницательных интеллектуалов, чем они, и тем не менее каждый из них был преданным и открытым последователем религии». [62]
Доктор Роберт Эндрюс Милликен, активный основатель Калифорнийского технологического института и декан физиков мира, скончался вчера в больнице для выздоравливающих в Пасадене вскоре после полудня. Ему было 85 лет.
Доктор Роберт А. Милликен, декан Американских физиков и лауреат Нобелевской премии, скончался сегодня в доме престарелых. Ему было 85 лет.
Доктор Роберт Эндрюс Милликен, 85 лет, всемирно известный физик и авторитет в области космических лучей, умер сегодня в доме престарелых. Он был прикован к постели в течение нескольких месяцев из-за немощей возраста.
