Роберт Милликен

Роберт Милликен — американский физик и педагог, лауреат Нобелевской премии по физике 1923 года за работы по определению элементарного электрического заряда и фотоэлектрическому эффекту. Наиболее известен серией экспериментов с падающими каплями масла (опыт Милликена), позволивших впервые с высокой точностью измерить заряд электрона. Внёс также значительный вклад в исследование космических лучей и фотоэлектрического эффекта.

Биография

Ранние годы и образование

Роберт Эндрюс Милликен родился 22 марта 1868 года в городе Моррисон (штат Иллинойс, США) в семье священника конгрегационалистской церкви. Детство провёл в небольшом городке Маккуокета (Айова). В 1886 году поступил в Оберлинский колледж (Огайо), где изучал классические языки и математику. После окончания колледжа в 1891 году два года преподавал физику в начальной школе, а затем продолжил образование в Колумбийском университете, где в 1895 году получил степень доктора философии за диссертацию по поляризации света.

Научная карьера

После защиты диссертации Милликен отправился в Европу, где стажировался в Берлинском и Гёттингенском университетах под руководством Макса Планка и Вальтера Нернста. В 1896 году вернулся в США и поступил на работу в Чикагский университет, где вскоре стал ассистентом, а затем профессором физики. В Чикаго он проработал до 1921 года, создав одну из ведущих физических лабораторий страны.

В 1921 году Милликен перешёл в Калифорнийский технологический институт (Калтех) в Пасадине, где занял пост председателя исполнительного совета и фактически руководил институтом до выхода на пенсию в 1945 году. Под его руководством Калтех превратился в один из ведущих научно-исследовательских центров мира.

Личная жизнь и общественная деятельность

Милликен был женат на Грете Эрвин Бланшард, имел троих сыновей. Активно участвовал в общественной жизни, выступал с лекциями по популяризации науки, занимался вопросами образования. В 1940-х годах высказывал скептические взгляды относительно квантовой механики, что привело к его определённой изоляции в научном сообществе. Скончался 19 декабря 1953 года в Сан-Марино (Калифорния).

Научные достижения

Опыт Милликена (измерение заряда электрона)

Главное научное достижение Милликена — серия экспериментов, проведённых между 1909 и 1913 годами в Чикагском университете, по измерению минимального электрического заряда. В эксперименте использовались мелкие капли масла, распыляемые в камере с воздухом. Под действием силы тяжести капли падали, а электрическое поле, создаваемое между двумя пластинами, могло замедлять или ускорять их падение.

Наблюдая за движением капель через микроскоп, Милликен измерял скорость их падения в отсутствие поля и при его включении. Анализируя баланс сил (гравитации, вязкости воздуха и электрического поля), он вычислял заряд каждой капли. Оказалось, что все измеренные заряды кратны одной и той же величине — примерно 1,592 × 10⁻¹⁹ Кл (современное значение — 1,602 × 10⁻¹⁹ Кл). Это позволило доказать, что электрический заряд дискретен, и впервые точно определить заряд электрона.

Опыт Милликена считается одним из самых элегантных и точных в истории физики. Он окончательно подтвердил атомарную природу электричества и стал основой для развития квантовой теории.

Фотоэлектрический эффект

В 1912–1915 годах Милликен провёл серию тщательных экспериментов по фотоэлектрическому эффекту — испусканию электронов веществом под действием света. Его целью была проверка теории Альберта Эйнштейна, предложенной в 1905 году, согласно которой свет состоит из квантов (фотонов) с энергией, пропорциональной частоте.

Милликен, первоначально скептически относившийся к гипотезе Эйнштейна, провёл измерения с высокой точностью, используя вакуумные камеры и монохроматический свет. Он подтвердил, что энергия выбитых электронов линейно зависит от частоты света, а не от его интенсивности, что полностью соответствовало формуле Эйнштейна. Эти результаты сыграли ключевую роль в признании квантовой теории света. За эти работы Милликен получил Нобелевскую премию 1923 года (формулировка: «за работы по элементарному заряду и фотоэлектрическому эффекту»).

Исследования космических лучей

В 1920-х годах Милликен заинтересовался природой космических лучей — высокоэнергетического излучения, приходящего из космоса. Он организовал серию экспедиций в высокогорные районы (Калифорния, Боливия, Австралия) и на озёра (например, озеро Мьюир в Калифорнии), где с помощью электрометров и камер Вильсона измерял интенсивность излучения на разных высотах и глубинах.

Милликен установил, что космические лучи имеют внеземное происхождение и состоят из частиц с очень высокой энергией. Он ввёл термин «космические лучи» (вместо ранее использовавшегося «проникающее излучение»). Хотя его теория о том, что космические лучи являются «рождением» атомов из фотонов (так называемая «теория рождения»), впоследствии была опровергнута, его экспериментальные данные заложили основу для современной физики космических лучей.

Награды и признание

• Нобелевская премия по физике (1923).
• Медаль Эдисона (1922) — за вклад в электротехнику.
• Медаль Маттеуччи (1925) — от Итальянского научного общества.
• Медаль Франклина (1937) — за исследования космических лучей.
• Член Национальной академии наук США (1915), президент Американского физического общества (1922).
• Иностранный член Лондонского королевского общества (1925) и других академий мира.

Критика и споры

В научной литературе высказывались сомнения относительно точности и объективности экспериментов Милликена. Анализ его лабораторных записей, опубликованный в 1970-х годах, показал, что он мог сознательно отбрасывать часть данных, которые не укладывались в его теорию. В частности, из 140 измерений заряда капель в его записях были опубликованы только 58, причём отбор, по-видимому, был сделан в пользу подтверждения квантования заряда. Однако большинство историков науки считают, что это не ставит под сомнение общий результат, а лишь свидетельствует о методах работы учёного того времени, когда статистическая обработка данных была менее строгой.

Также Милликен подвергался критике за его скептическое отношение к квантовой механике в 1930–1940-х годах, что привело к конфликту с молодыми физиками, такими как Ричард Фейнман.

Память

• Именем Милликена назван кратер на Луне.
• В Калифорнийском технологическом институте установлен памятник учёному.
• Его имя носит библиотека в Оберлинском колледже.
• В честь Милликена названа единица измерения радиоактивности (милликен), хотя она не является стандартной.

Источники

• Милликен Р. Э. Электрон: его изолирование и измерение. — М.: Наука, 1968.
• Храмов Ю. А. Физики: Биографический справочник. — М.: Наука, 1983.
• Нобелевские лекции по физике. 1922–1941. — М.: Мир, 1975.
• Millikan R. A. Autobiography. — New York: Prentice-Hall, 1950.
• Franklin A. The Neglect of Experiment. — Cambridge University Press, 1986.