Вход

Жизнь и деятельность Роберта Милликена

Реферат по физике
Дата добавления: 24 сентября 1997
Язык реферата: Русский
Word, rtf, 263 кб
Реферат можно скачать бесплатно
Скачать
Данная работа не подходит - план Б:
Создаете заказ
Выбираете исполнителя
Готовый результат
Исполнители предлагают свои условия
Автор работает
Заказать
Не подходит данная работа?
Вы можете заказать написание любой учебной работы на любую тему.
Заказать новую работу
Ученый поневоле В конце весны 1889 года профессор Джон Ф . Пек , который читал лекции по греческо му языку в небольшом колледже Оберлин (шта т Огайо ), обратился к одному из сту дентов , изучав-ших классические языки и литера туру , с просьбой подучить физику , чтобы на будущий год пре-подавать элементарный курс этой науки . - Но я не знаю физики . - Каждый , кто хорошо усваивает греческий , может преподавать физику. - Хорошо , - сказал студент , - но за все последствия отвечаете вы. Последствиями оказались два наиболее фунд аментальных исследования в области физики XX ве ка . Милликен ответил профессору согласием , так как нуждался в деньгах . К изучению кл ассики он не вернулся. Роберт Милликен родился 22 марта 1868 года в штате Иллинойс в семье священника . Ег о детство прошло в небольшом , стоявшем на берегу реки , городке Маквокета (штат Айов а ). “Мой отец и мать воспитали шестерых детей - трех девочек и трех мальчиков , жи вя на жа л ованье свя-щенника неболь шого городка в тысячу триста долларов в год , - рассказывал он . - Мы носили костюмы и платья из синей бумажной ткани и хо дили босиком , начиная с окончания школы в мае и до начала занятий в сентябре . Зимой мы , мальчики , распиливали е ж едневно десять четы-рехфутовых бревен . Так про должалось до тех пор , пока мы не напил ивали десять кордов (1 корд = 3,63 кубометра ) дров . Во время каникул по утрам мы должны были работать в саду , но после обеда у нас было свободное время для игр”. Дети плав али в реке , играли в бейсбол , два раза в день доили коров , вставали в три часа но-чи , чтобы встр етить бродячую цирковую труппу , выучились кру титься на самодельных парал-лельных брусьях и никогда не слыхали о том , что взрослы й человек может заработать себе на жизнь , проводя время в лаборатории и работая над какой-то физикой . Для них слов о “физика” связывалось с понятием о слаби тельном (разг . physic - слабительное ). Курс физики в средней школе Маквокеты вел сам директор , который в летние ме сяцы за-нимался гла вным образом поисками подземных вод при помощи раздвоенного ор ехового пру-тика и уж во всяком случае не очень-то верил во всю эту ерунду , напечатанную в учебнике : “Как это можно и з волн сделать звук ? Ерунда , мальчики , это все ерунда ?” Но зато учителя ал-г е бры Милликен с уважением вспомин ал всю жизнь. Когда ему исполнилось восемнадцать , он поступил в Оберлинский колледж - брат его ба-бушки был одним из основателей этого учебного заведения . На втором курсе колледж а он вновь прослушал курс лекций по ф изике , ко торые были ничуть не веселее тех , что ему читали в средней школе . Навыки в спортивных играх и атлетике , п риобретенные в детстве на задних дворах , п омогли ему получить место преподавателя гимна стики , а доход от преподавания физи-ки в средней школе еще боле е укрепил его финансовое положение. Милликен , надо сказать , добросовестно отно сился к своим преподавательским обязанно-стям . Чтобы идти впереди своих учеников , он изу чал все учебники , какие только мог достать . В то время в американских колледжах было всего две книги по физике - пере веденные с француз-ского языка работы Гано и Дешанеля. При таких обстоятельствах Милликен действ ительно хорошо научил предмет. По окончании колледжа в 1891 году Миллике н продолжал преподавать физику в Оберлине , получая небольшое ж алованье . Он был вынужден заниматься этим , ибо , как говорил он сам , “в тот год депрессии никакой вакансии не было” . Однако преподаватели О берлина значительно серьезнее относились к ро ли Милликена в науке , чем он сам , и без его ведома направили его докумен т ы в Колумбийский университет . Ему была предложена стипендия , и Милликен пос ту-пил в университет , ибо другой возможности получать регулярно 700 долларов у него не было . В Колумбийском университете он впервые встретился с людьми , глубоко интересовавшими ся ф и зикой , Милликен решил последо вать их примеру и попытаться стать настоя щим ученым , не-смотря на то , что уже мн ого лет терзался сомнениями относительно свои х способностей. В 1893 году наука в Америке была отст алой . Только люди , получившие образование в Евро- пе , хорошо представляли себе , как именно следует вести научно-исследовательскую р аботу . На физическом факультете Колумбийского университета был только один такой человек - про-фессор Майкл Пьюпин , получивший образование в Кембридже . Милликен говорил : “Слу ш ая курс оптики , который читал доктор Пьюпин , я все больше удивлялся . Впервые в жизни я встре-тил человека , который на столько хорошо знал аналитические процессы , ч то , не готовясь к заня-тиям , приходил ежедн евно в аудиторию и излагал свои мысли в виде уравн е ний . Я решил п о-пытаться научиться делать то же самое” . Когда срок стипендии , назначенный Милликену д ля изучения физики , истек , она не была возобновлена : Пьюпин предпочел Милликену другого кандидата. Когда до Пьюпина дошло , что Милликен остался без всяких средств , он заин тересовался им всерьез . На следующий год и менно по настоянию Пьюпина Милликен решил поехать учиться в Германию . Милликену пришл ось признаться , что у него нет средств , и Пьюпин дал ему взаймы необходимую су мму . Пьюпин хотел подарить ему эти деньги , но Милликен не согласился и вручил Пьюпину расписку в получении денег. Перед самым отъездом Милликен встретился еще с одним человеком , сыгравшим значи-те льную роль в его жизни . Во время летне й сессии Милликен побывал в недавно откры том Чи-кагском у ниверситете , где познакоми лся с А . А . Майкельсоном . Ни один челов ек никогда не производил на молодого учен ого столь сильного впечатления . Здесь же о н в 1895 году получил докторскую степень. Милликен находился в Европе (работает в Берлинском и Геттингенском университетах ), ко-гда за серией экспериментальных работ последовал грандиозный взрыв всех классических тео-рий . В 1895 и 1896 годах прозвучали в нау ке имена Беккереля , Рентгена , Кюри и Томсо на. Брожение еще продолжалось , когда летом 1896 года Милликен по лучил от А . А . Майкельсо-на телеграмму с предложением занять место ассистента в Чикагском университете . Ми лликену было тогда 28 лет . “Я отдал мою одежду вместе с чемоданом в заклад капита ну одного из судов Американской транспортной линии , заверив компанию, что я выпла чу капитану стоимость проезда в Нью-Йорке и только после этого приду за вещами”. Следующие двенадцать лет Милликен провел в обстановке неутомимой научной активно-сти , характерной для Чикаго в начале века . Чикагский университет собрал в своих ст енах моло-дых людей , которых в скором времени ожидала широкая известность : астроно ма Джорджа Гей-ля , историка Джеймса Брестеда , экономиста Стефена Ликона , Роберта Ловетта и многих , мно-гих других . В одном пансионе с Милликеном проживали двое юношей : Торст е йн Веблен и Га-рольд Икс. Первые годы , проведенные в Чикаго , Мил ликен посвятил написанию удобоваримых амери-канск их учебников по физике и заботам о св оей молодой семье . Майкельсон взвалил на н его всю преподавательскую работу , которая не соответствовала нра ву старика. В годы первой мировой войны (1914-1918) Миллик ен был заместителем председателя на-ционального исследовательского совета (разрабатывал метеоролог ические приборы для обнару-жения подводных ло док ). Милликен начал серьезно заниматься научно -исследо вательской работой , когда ему было почти сорок лет . Проблемы для исследовани я обычно выбирались им из числа тех , к оторые так потряси ученый мир , когда он еще был в Европе . Милликен . поневоле ста вший физиком , по-ставил два эксперимента , котор ые и поныне яв л яются классическим образцом изящества замыс-ла и выполнения . Он заслужил полученную им Нобелевскую премию (в 1923 году ). Таинственное четвертое состояние материи Вспоминая свою жизнь , Милликен говорил , что больше всего ему повезло , когда Пью пин не взял его своим ассистентом . Е сли бы это произошло , Милликен никогда не попал бы за гра-ницу и не оказался бы в Европе , когда современная физика т олько начиналась по-настоящему. 4 января 1896 года Вильгельм Конрад фон Рентген выступил с докладом в Вюрцбурге н а за-с едании Вюрцбургского физико-математическ ого общества , а затем повторил доклад в Берлине на ежегодной конференции Германского физического общества . Его сообщение явилось сенса-цией для двух наук : Рентген рассказал об открытии совершенно новой формы радиа ци и , позво-лившей ему фотографировать предметы сквозь непрозрачные твердые экраны . Он продемонст-рировал фотографию частей своего собственного живого скелета - костей руки. Для медицинского мира лучи Рентгена б ыли чудом , которое следовало немедленно поста- вит ь на службу диагностике . Для мира физики в тот момент гораздо важнее б ыло объяснение явления , нежели его применение . Поиски этого объяснения и явились впосле дствии первым прыжком в атомный и субатом ный мир. Чудесные лучи , открытые Рентгеном , имели уже по к райней мере сорокалетнюю и сторию в европейской науке . В 1863 году франц узский физик Массон направил электрическую ис кру высокого напряжения на стеклянный сосуд , из которого был выкачан почти весь в оздух . Сосуд внезапно наполнился ярким неземн ым пурпурным с вечением. В 60-е и 70-е годы прошлого века Г итторф я Крукс продолжили изучение этого необычного явления . Изобретение совершенного ваку умного насоса , помогшего Эдисону создать ламп очку накаливания , дало возможность Круксу наб людать таинственное зарево в вак ууме при все уменьшающемся давлении . Характер свеч ения менялся при уменьшении давления в со суде сна-чала до одной сотой , а потом и до одной тысячной атмосферы . Оно сначала стало еще ярче , за-тем рассыпалось на отдельные сгустки света и , наконец , потускнел о и совсем исчезло . Когда в сосуде создавался достаточно большой вакуум , свечение пропадало , но зато стеклянные стенки сосуда начинали излучать призрачный зеленова тый свет. Трубка Крукса по форме напоминала бол ьшую грушу , на обоих концах которой он впаял ме -таллические пластинки . Крукс ус тановил , что свечение в трубке объясняется прохождением лу-чей через вакуум между двум я металлическими дисками - электродами , когда м еталлические пластинки соединяли с источником высокого напряжения . Лучи назвали катодными л учами , а сосуд - катодной лучевой трубкой. Крукс также заметил , что таинственные лучи , по-видимому , имеют массу и скорость . О дна-ко природы этих лучей он не понимал и считал их “четвертым состоянием материи” , в отличие от жидкого , газообразного и твердого. В дальнейшем установили , что катодные лучи имеют электрическую природу , так как маг-нит , поднесенный к трубке , отклонял поток лучей . Так же действовал на них и э лектрический ток . Другие исследователи доказали , что катодные лучи можно направить за п ределы трубки , если поставить на их пути тонкую пластинку из алюминиевой фольги . Однако в воздухе катод-ные лучи распрост ранялись на очень небольшое расстояние. Некоторые физики полагали , что “четвертое состояние материн” было не чем иным , как та-инственной эктоп лазмой , описанной с пиритами . На время резко возрос спрос на духов. Осенью 1895 года Конрад фон Рентген прово дил опыты с трубкой Крукса , плотно за-верн утой в черную бумагу , чтобы излучение не вырвалось наружу . Совершенно случайно он заметил , что в темной ко мнате “бумажны й экран , промытый цианидом платины и бария , ярко загорается и флуоресцирует , независимо от того , обработанная или же обратная сторона экрана обращена к разрядной трубке ”. Бумажный экран помещался на расстоянии почти в шесть футов от аппарата. Р ентген знал , что катодные лучи заставляют флуоресцировать обработанный этим раствором экра н , но на та-кое расстояние катодные лучи никогда не проникали ! Он обнаружил вскоре , что все вещества в той или иной ст епени проницаемы для этих таинственных новых л учей . Только свинец ока-зался н епрозрачным для них. Рентген заметил также , что лучи эти засвечивали сухие фотопластинки и пленку , и это по-зволяло применять луч и для фо тосъемки . Он добрался и до источника лучей . Они возникали в том месте на поверхн ости ст екла , на которое падали катодны е лучи при высоком напряжении . Рентген тог да заявил , что новые лучи можно получить , направив катодные лучи на твердое те-ло . Чтобы подтвердить это , он сконструировал трубку , излучавшую более интенсивный поток но вых лучей , ко т орым за неимением лучшего он дал название “икс - лучи” (X - не известное ). Уже через несколько месяцев после соо бщение Рентгена его трубка нашла разнообразно е применение в медицине для обследования переломов , глубоких ранений и внутреннего стр ое-ния человеческого тела. Научные журналы ведущих стран были за полнены статьями физиков , повторявших опыты Рентгена и каждый раз по-новому объяснявш их это явление . Сам Рентген все еще не понимал сущности своего открытия и говор ил , что это “продольные вибрации в эфире”. Открытие Рентгена заставило многих физико в более тщательно исследовать яв ление флуо-ресценции. Радиоактивность и фотоэлектрический эффект Месяц спустя Анри Беккерель поставил опыт , исследуя флуоресцирующие свойства двойно-го сульфата урана и калия . Когда некоторые вещества , после того , как их подержали на свету , начинали светит ься в темн оте , про них говорили , что они флуоресциру ют . Было известно мно-жество таких веществ , и одним из них был примененный Беккереле м уран. В эксперименте Беккереля урановая соль сначала подвергалась действию солнечного света , а потом измерялись ее флу оресцирующи е свойства . Как-то испортилась погода , и Бе ккерель от-ложил препарат в сторону на нес колько дней . Совершенно случайно соль оказала сь в одном ящике стола с горкой фотог рафических пластинок . Второй случайностью было то , что Бекке-рель решил прове р и ть фотопластинки перед возобновлением опыта. Он проявил первую пластинку , лежавшую сверху , и , к своему удивлению , обнаружил , чт о она засвечена , причем засвеченное пятно имело такую форму , словно что-то отбрасывало при засвечивании тень на пластинку . Ища о бъяснение , Беккерель обнаружил , что есл и рас-сматривать пятно с некоторой долей в оображения оно начинает напоминать по форме метал-лический диск , в котором хранилась урановая соль . Случись это раньше , Беккерель выбросил бы пластинку и забыл про нее . Но шу м вокруг икс - лучей за ставил всех физиков насторо-житься . Беккерель решил разобраться в происходящем до конца. Он вновь выставил урановую соль на солнечный свет . а потом поместил ее в темный ящик стола поверх фотопластинки , зав ернутой в черную бумагу . И сн ова у рановый сульфат засветил пластинку. В течение нескольких месяцев Беккерелю казалось , что для того , чтобы засветить пластинку , сульфат урана нужно предварительно подержать в солнечных лучах. Но вскоре он обнаружил , что препарат уранового сульфата , и не будучи под вергнут дейст-вию солнечного света , засвечивает пластинку с неменьшей интенсивностью . Явление казалось таинственным , непостижимым . Затем Бе ккерель открыл , что чистый уран , не являвш ийся флуо-ресцирующим веществом , производит еще более сильное д е йствие на фото пластинку , чем ура-новое соединение , так что флуоресценцию можно было сбросить со счето в . Далее Беккерель об-наружил , что эти неви димые лучи , испускаемые ураном , обладали свойс твом разряжать тела , несущие электрический за ряд . То же свойство о ткрыл Рентг ен и у икс - лучей . Беккерель назвал эт о неизвестное до той поры явление “радиоа ктивностью”. Лучи Беккереля (их назвали именно так ) были столь же удивительны , как и рент геновские лучи , и вызывали у физиков равны й интерес . Два ассистента Беккерел я - П ьер Кюри и его жена Мария стали разра батывать эту проблему . По прошествии некоторо го времени они обна-ружили , что существуют два других химических элемента с теми же свойствами . Оба они не были ранее изв естны науке . Один из них был назван по лонием - в честь родины г-жи Кюри , другой - радием. Казалось , что великие классические теории физики потрясены до самого основания . Физ ики полагали , что икс - лучи опровергают за коны Максвелла , но потом Рентген доказал , что они не противоречат эфирной теории , та к ка к обладают нормальными оптическими свойствами - отра-жением , рефракцией и интерферен цией . Явление радиоактивности , замеченное Беккерел ем , ка-залось , означало конец красивой теории сохранения энергии . Каким образом вещество без уста-ли вырабатывает энергию, по всей очевидности , никак не пополняя ее запасов ? Любопытное открытие было сделано в 1887 г оду . Генрих Герц обнаружил , что ультра-фиолетов ый свет , падая на электрод , который присое динен к цепи с высоким напряжением , за-ста вляет искру отскакивать значител ьно дальш е . Дж . Дж . Томсон доказал , что это проис ходит из-за того , что ультрафиолетовый свет создает на поверхности металла отрицательный заряд . Явление получило название “фотоэлектриче ский эффект”. Открытие икс - лучей заставило физиков не только присталь нее присмотреться к явлению флуоресценции , но и побудило их вернуться к природе катодных лучей . Существ овали две точ-ки зрения . Немецкие ученые п олагали , что катодные лучи в трубке предст авляют собой вибра-ции в эфире . Английские физики склонны были счита т ь эти лучи заряженными электри-чеством частицами , к ак это предсказывал Бенджамен Франклин . Выдаю щимся выразителем английской школы был Дж . Дж . Томсон. В 1897 году Томсон опубликовал классическую статью под названием “Катодные лучи” , в которой он сделал обз ор всех опы тов с катодными лучами . Статья включала та кже описание не-которых из его собственных опытов . Он пришел к выводу , что катодный луч - это на самом де-ле поток движущи хся при высоком напряжении отрицательно заряж енных частиц гораздо меньшего разме р а , чем самый малый атом . Используя предложенное Стони название , Томсон дал этой частице имя “электрон” . Он утверждал , что фотоэлектрический эффект есть не что ино е , как выбивание этих электронов из металл ической поверхности лучом ультрафиолетового свет а . Т омсон настаивал и на том , что электрон был также составной частью лучей Беккереля. Утверждение Томсона казалось фантастическим целому поколению ученых , которые не хо-те ли признавать гипотезу , что материя состоит из атомов . Предположение , что существует час -тица еще меньшая , чем атом , вызвало бурю . Некоторые ученые были готовы согласит ься с тем , что электричество - это поток очень маленьких частиц , имеющих электрический заряд , но еще надо было доказать , что каждая такая частица обладала определенной массой и определенным электрическим зарядом . Нужно было провести опыт , чтобы раз и навсегда доказать , что элек-троны существуют на самом деле. В 90-х годах прошлого века был все же один немецкий ученый , который не р азделял эфир-ную теорию икс - лучей . Его зва ли Ал ьберт Эйнштейн . На этого ученого произвел глубокое впечатление опыт Майкельсо на с интерферометром . И еще один немец возражал против эфир-ной теории - Макс Планк . Он сделал в равной степени радикальное предположение : лучевую энергию , т . е . свет , следует пр е дставлять в виде “квантов” , или мельчайших частиц . Эйнштейн исп ользовал квантовую теорию Планка для объяснен ия фотоэлектрического эффекта и соста-вил изу мительное по красоте суммирующее уравнение . Н о в то время мысли Эйнштейна о фо-тоэл ектрическом эффекте не встретили дове рия. Милликен - один из немногих американских аспирантов , работавших тогда в Европе , - был тем человеком , которому суждено было посл е долгих лет трудов и раздумий поставить два важ-нейших эксперимента эпохи : один о пыт подтвердил правильнос ть электронной т еории Томсо-на ; второй дал доказательство теор ии фотоэлектрического эффекта Эйнштейна и тог о , что кван-товая теория - нечто большее , чем “бред” математика. Электрон на капле масла “К концу первого десятилетия , проведенног о в Чикагском униве рситете (1906 год ), я все еще был преподавателем-ассистентом , - писал Роберт Милликен . - У меня росло двое сыно вей . Я начал строить дом , рассчитывая опла тить расходы за счет моих гонораров , но я знал , что до сих пор не занимал сколько-нибудь заметного мес т а сред и физиков-исследователей”. Учебник , над которым он работал , был уже в издательстве . Наконец он смог при ступить к интенсивной исследовательской работе . В его ученой карьере начался новый эта п. “Все физики интересовались величиной элек трического заряда электрона , и , тем не менее , до сих пор не удалось ее изм ерить...” Много попыток провести это решающее и змерение уже предпринял Дж . Дж . Томсон , но прошло десять лет работы , и ассистент Томсона Г . Вильсон сообщил , что после од иннадцати различных измерений о ни получил и одиннадцать различных результатов. Прежде чем начать исследования по сво ему собственному методу , Милликен ставил опыт ы по методу , применявшемуся в Кембриджском университете . Теоретическая часть эксперимента заключалась в следующем . Масса тела о п ределялась путем измерения давления , производимог о телом под воздействием силы тяжести на чашу весов . Если сообщить бесконечно мало й частице вещества электрический заряд и если приложить направленную вверх электрическую силу , рав-ную силе тяжести , направ л енной вниз , то эта частица будет н аходиться в состоянии равнове-сия , и физик может рассчитать величину электрического заряда . Если в данном случае частице будет с ообщен электрический заряд одного электрона , можно будет высчитать величину этого заряда. Кемб риджская теория была вполне л огичной , но физики никак не могли создать прибор , при помощи которого можно было бы заниматься исследованиями отдельных частиц веществ . Им приходилось довольствоваться наб людением за поведением облака из водяных капель , заря-ж е нных электричеством . В камере , воздух из которой был частично удален , создавалось облако пара . К верхней части камеры подводился ток . Через определенн ое время капельки тумана в об-лаке успокаи вались . Затем сквозь туман пропускали икс - лучи , и водяные кап л и получали электрический заряд. При этом исследователи полагали , что э лектрическая сила , направленная вверх , к на-ход ящейся под высоким напряжением крышке камеры , должна якобы удерживать капли от па-дени я . Однако на деле не выполнялось ни од но из сложных у словий , при которых , и только при которых , частицы могли бы находиться в состоянии равновесия. Милликен начал искать новый путь реше ния проблемы . Дело было не в аппарате , а в том , как им пользоваться . Он внес в его конструкцию ряд небольших изменени й , кото рые “впервые позволили провести все измерения на одной и той же отд ельной капельке”. “В качестве первого шага в области усовершенствования в 1906 году сконструировал не-б ольшую по габаритам батарею на 10 тысяч вол ьт (что само по себе было в то вре мя немалы м достижением ), которая создавала поле , достаточно сильное для того , чтобы удерживать верх-нюю поверхность облака Вильс она в подвешенном , как “гроб Магомета” , со стоянии . Когда у меня все было готово и когда образовалось облако , я повернул вы ключатель и об л ако оказалось в электрическом поле . В то же мгновение о но на моих глазах растаяло , другими словам и - от целого облака не осталось и мале нького кусочка , который можно было бы набл юдать при помо-щи контрольного оптического пр ибора , как это делал Вильсон и с о бирался сделать я . Как мне сначала показалось , бесследное исчезновение облака в электрическом поле между верхней и нижней пластинами означало , что эксперимент закончи лся безрезультатно ... Однако , повторив опыт , я решил , что это явление гораздо более ва жно е , чем я предполагал . Повторные опыты по-казали , что после рассеивания облак а в мощном электрическом поле на его месте можно было различить несколько отдельны х водяных капель”. Создавая мощное электрическое поле , Милли кен неизменно рассеивал облако . От него оста-валось очень небольшое число части ц , масса и электрический заряд которых нах одились в иде-альном равновесии . На самом деле , именно те капли , которые были теперь удалены из камеры , нарушали все предшеств овавшие измерения. “Я наблюдал при помощи моего короткоф окусного телескопа за поведением этих находя- щихся в равновесии капелек в электрическом поле . Некоторые из них начинали медленно дви-гаться вниз , а затем , постепенно теряли вес в результате испарении , останавливались , п овора-чивались ... и медленно начинал и двигаться вверх , так как сила тяжести все уменьшалась вслед-ствие испарения ... Если электрическое поле внезапно исчезало , все н аходящиеся в равновесии капельки , похожие на звездочки на темном поле , начинали падать - о д ни медленно , другие го-раздо быстрее . Эти последние капельки оказались в о взвешенном состоянии потому , что они нес ли на себе два , три , четыре , пять и больше электронов вместо одного ... Это было , наконец , первое отчетливое , ясное и недвусм ысленное доказате л ьство того , что электричество едино по структуре”. Это последнее наблюдение было в то время фактически значительно более важным , чем из-мерение заряда электрона. Милликен закончил первые измерения заряда электрона в сентябре 1909 года и незамед-лит ельно вы ступил с сообщением на совеща нии Британской ассоциации содействия науке в Виннипеге . Хотя его имени не было в списке докладчиков , ему дали возможность вы ступить . Правда , он не питал никаких иллюз ий . Он хорошо понимал , что результаты его опытов явля-ются л и шь предварител ьными и что с помощью более совершенных в техническом отношении приборов могут быт ь получены более точные данные. “Возвращаясь в Чикаго с этого совещан ия , я смотрел из окна моей почтовой ка реты на рав-нины Манитобы и внезапно сказа л себе : “Ка кой глупец ! Пытаться таким грубым способом пре-кратить испарение воды в водяных капельках в то время , как человечество затратило последние триста лет на усовершенствование масла для смазки часов , стремясь получить смазочное веще-ство , которо е вообще не ис п аряется !” Когда я вернулся в Чикаго , у входа в лабораторию я встретил Майкельсона . Мы уселись на пороге и начали болтать . Я спросил его , насколько , по его мнению , точно измерил он скорость света . Он ответ ил , что измерение произведено с точностью примерно д о одной де-сятитысячной . “Так вот , - сказал я , - я придумаю метод , при помощи которого я смогу опре-делить величин у заряда электрона с точностью до одной тысячной , или грош мне цена”. Я немедленно направился в мастерскую и попросил механика изготовить возд ушный кон-денсатор , состоящий из двух круглых л атунных пластин около 10 дюймов в диаметре , которые были бы закреплены на расстоянии примерно шести десятых дюйма одна от друг ой . В центре верхней пластины было просвер лено несколько полумиллиметровых отверст и й , сквозь кото-рые капельки смазочного масла , поступающие из распылителя , могли бы попасть в пространст-во между пластинами . К пластинам были подключены выводы моей ба тареи на 10 тысяч вольт” ... Милликен намеревался зарядить капельки масла при помощи пото к а икс -лучей , как он делал это раньше с водой. В течение трех лет , с 1909 по 1912 год , он посвящал все свое время опытам над капельками смазочного масла. “Меня зачаровывала та абсолютная уверенно сть , с которой можно было точно пересчитат ь количество электр онов , сидевших на д анной капле , будь это один электрон или любое их чис-ло , до сотни включительно . Д ля этого требовалось лишь заставить исследуем ую каплю проде-лать большую серию перемещении вверх и вниз , точно измерив время , пот раченное ею на каж-дое пер е мещение , а затем высчитать наименьшее общее кратн ое довольно большой серии ско-ростей. Для того чтобы получить необходимые д анные по одной отдельной капле , иногда тре -бовалось несколько часов . Однажды г-жа Миллике н и я пригласили к обеду гостей . Когда про- било шесть часов , у меня была всего лишь половина необходимых мне данн ых . Поэтому я вы-нужден был позвонить г-же Милликен по телефону и сказать , что у же в течение полутора часов наблюдаю за ионом и должен закончить работу . Я прос ил ее обедать без меня . По з дне е гости осыпали меня комплиментами по пов оду моего пристрастия к домашнему хозяйству , потому что , как они объясняли , г-жа Ми лликен сообщила им , что я в течение по лутора часов стирал и гладил и должен был закончить работу” (англ . “ watch an ion” - набл юдат ь за ионом ; “ washed and ironed” - стирал и гладил ). Милликен опубликовал результаты своих опы тов осенью 1910 года и оказался в центре вни-мания физиков всего мира . Немецкая школа , в том числе и Рентген , открывший за 15 лет до этого икс - лучи , полностью изм енила свою точку зрения . Представитель этой школы , великий ученый в области фи зической химии Оствальд в 1912 году писал : “Т еперь я убежден ... Полу-ченные опытным путем доказательства ... которые люди безуспешно искали в течение сотен и тысяч лет ... теперь.. . дают возможность даже самому осторожно му ученому говорить о том , что теория атомного строения вещества экспериментально дока зана”. Революция в области света В период с 1921 по 1945 гг . Милликен - дире ктор Лаборатории Нормана Бриджа Калифор-нийского техно логического института. В 1921 году Альберт Эйнштейн был удостоен Нобелевской премии за разработку теории , объяснившей фотоэлектрический эффект . Спустя два года Роберт Милликен получил Нобелев-скую премию за проведение опыта , подтвердившего теорию Эйнштейна . Теория Эйнштейна была выдвинута в 1905 году . Великий эксперимент Миллик ена был проведен почти десять лет спустя . Двойное присуждение премии означало успех одной из самых великих революций в об-л асти физики. Исаак Ньютон обогатил физику двумя те ориями : пе рвая касалась законов движения тел ; со-гласно второй свет представлял со бой скопище крошечных частиц светящейся матер ии . Первая теория Ньютона принесла ему реп утацию гениального ученого . И только благодар я его прести-жу была принята вторая теория - о корп у скулярной структуре свет а , хотя она была значительно слабее первой и объясняла всего два из всех извест ных свойств света. По Ньютону , отражение - это просто отск акивание упругих частиц света от отражающей поверхности . Рефракция же , преломление светов ых луч ей при переходе из менее пл отной сре-ды , такой , например , как воздух , в более плотную , как , например , вода , имело место в результа-те изменения скорости част ички света в момент прохождения ее сквозь поверхность более плотной среды . Ньютоновска я теория све т а не могла объяс нить интерференции , дифракции и поляризации. К началу XVIII столетия стала привлекать внимание волновая теория света , выдвинутая со- временником Ньютона - Гюйгенсом . По этой теории свет состоит из вибрации в эфире . Вел и-кий французский физик Френель математическ и доказал , что если свет действительно вол новое явление , то все его наблюдаемые проя вления легко можно объяснить . Спустя полстоле тия Джемс Максвелл подкрепил волновую теорию света , теоретически доказав , что свет явл яется вибрацией эле к трических и м агнитных волн . До последнего десятилетия XIX век а в теории Максвелла не было , казалось , никаких противоречий. В 1887 году Герц заметил , что свет , ос обенно ультрафиолетовые лучи , заряжали ме-талличес кие поверхности электричеством . Томсон доказа л , что положительный заряд на по-верхн ости металла был следствием мгновенного испус кания им отрицательно заряженных электронов. Альберт Эйнштейн был единственным физиком , понявшим , что в этом таилось проти-воречи е , которое волновая теория света не может ра зрешить . В 1905 году он высказал пр ед-положение , что фотоэлектрический эффект можно объяснить , только возвратившись к кор-пускулярн ой теории света , в которую следует внести некоторые важные изменения. По мнению Эйнштейна , противоречие заключа лось в следующ ем : чем больше света падает на металлическую поверхность , тем бо льше выделяется электронов ; однако энергия ка ждого от-дельного электрона с изменением инте нсивности света не изменяется , хотя , по те ории Максвел-ла , интенсивность света служит ме рилом его эне р гии. Эйнштейн предложил следующее объяснение : луч света состоит из потока крошечных кор- пускул , каждая из которых несет определенную энергию . Энергия корпускулы пропор-циональна цвету , или , выражаясь классическим языком , част оте света , а не его амплитуде , как заявлял Максвелл . Когда свет падает на твердое вещество , некоторые из эйнштейновских кор-пускул энергии поглощаются . Количество поглоща емой энергии в некоторых случаях оказыва-ется настолько большим , что электроны получают возможность покинуть атомы , в которы х они находились . Энергия этих освобожденных “фотоэлектронов” должна поэтому быть абсолют но равной энергии пойманных корпускул света , называемых “квантами” , минус количество энер- гии , нужной для того , чтобы вырвать электр оны из атомов. Это последнее количество , “работа вы хода” , может быть непосредственно измерено. Эйнштейн сообщит об этом в форме уравнения , в котором была установлена связь между скоростью вылетевшего электрона , энергией пойманного кванта света и с работой выхода”. “Такая корпускулярн ая теория , говорил Милликен , - не была подтверждена экспе-риментал ьно , за исключением наблюдений , проведенных Ле нардом в 1900 году и сводившихся к тому , ч то энергия , с которой электроны вылетают и з цинковой пластинки , кажется , не зави-сит от интенсивности света . Я думаю , пр авильно будет сказать , что мысль Эйнштейна о кван-тах света , несущихся в пространстве в форме импульсов , или , как мы называе м их теперь , “фо-тонов” , приблизительно до 1915 года не имела практически ни одного убе жденного сторонни-ка. Тогда , на тех ранних этапах , даже сам Эйнштейн не отстаивал эту мысль с достаточной ре-шительностью и определенностью”. Милликен тоже далеко не был убежден в правоте Эйнштейна , но , поскольку лаборатор ия в Чикаго , руководимая Майкельсоном , проводи ла очень много экспериментов , основанных на волновой теории света , Милликен решил раз и навсегда проверить гипотезу Эйнштейн а. “Как только я вернулся в свою лаб ораторию осенью 1912 года , - писал Милликен , - я при-ступил к конструированию нового аппарата , при помощи котор ого можно было бы получить убедительное решение проблемы этого фотоэлектрического уравнения Эйнштейна . Я почти не надеялся , что решение , если только я его получу , будет положительным . Но вопр ос был чрезвы-чайно важным , и найти какое-т о решение было необхо д имо . Я н ачал фотоэлектрические иссле-дования в октябре 1912 года , и они заняли практически все мое время , которое я посвящал ис-следованиям на протяжении последующих трех лет”. Вся трудность сводилась к тому , чтобы определить , в какой зависимости находится энергия от цвета , или частоты . Эйншт ейн говорил , что эта зависимость была прям ой : энергия равна час-тоте , помноженной на определенное число . Это “определенное число” было постоянным для любого паста . Оно долж но было быть природной константой . Эйнштейн пр и меняя для этого числа обозн ачение h из уважения к своему коллеге Макс у Планку. За несколько лет до этого Макс Пл анк первый сумел решить теоретическую проблем у в об-ласти радиации , произвольно заменив в формуле член , обозначающий энергию , другим членом , в к оторый входили обозначения частоты и этой самой постоянной величины . Планк обозначил эту величину через h и р ассматривал всю операцию лишь как удобный математический прием , который помог ему реш ить задачу . Эйнштейн же увидел , что Планк невольно сделал зна ч итель-но боль ше . При помощи “математического приема” Планк а проблема решалась - значит , он точ-но отра жал истинное положение вещей. Эйнштейн придал этому приему буквальное значение , и его фотоэлектрическое уравнение стало первым непосредственным применение м новой квантовой теории . Милликен решил п ро-верить теорию Эйнштейна , попытавшись получить ответы на следующие три вопроса : 1. Действительно ли энергия кванта света равна частоте света , взятой h раз ? 2. Является ли число h действительно посто янной величиной для всех цветов ? 3. Соответствует ли фотоэлектрическое уравне ние Эйнштейна тому , что имеет место в при-роде ? Для опытов Милликен сконструировал оригин альный аппарат , который он позднее назвал “вакуу мной парикмахерской” . В стеклянную вакуумную камеру он поместил поворотный диск . Этот диск можно было поворачивать при помощи магнита , расположенного за пределами каме-ры . С трех сторон на диске находили сь небольшие количества трех металлов , отлича ющихся в ысокой активностью , - натрия , калия и лития , каждый реагировал на свет только одной опре-деленной частоты. Вследствие того , что успех эксперимента в огромной степени зависел от характера по-верхности каждого из металлических образцов , в камеру было также п омещено неб ольшое при-способление для шлифовки поверхности образцов . Оно приводилось в действие при помощи магнитов , расположенных вне камеры. Проходя сквозь линзы и призму , белый свет преломлялся . Сквозь узкую щель луч того или иного основного цвета получ авшегося спектра направлялся на поверхнос ть металлического об-разца , и Милликен мог наблюдать действие луча одного цвета на м еталл . В то время как метал-лическая повер хность освещалась последовательно лучом каждого основного цвета , Милликен измерял количе с тва вылетавших электронов и их энергию , определяя количество электриче-ской эн ергии , необходимой , чтобы остановить их . Если , например , для того , чтобы удержать в воз духе тело неизвестного веса , необходима сила , равная пяти фунтам , то можно сказать , что эт о тело весят пять фунтов . Рассуждая таким образом . Милликен определял скорость электро-нов путем измерения силы , требуемой для полной остановки их . Зная скорость , он мог высчи-тать энергию электрон ов , выделяющихся при освещении металлической поверхности лу ч ом каждого цвета. Когда этот опыт и расчеты были пр оделаны для всех частей спектра , Милликен смог вычер-тить кривую , показывающую зависимость энергии электрона от цвета луча , или ча стоты . Полу-ченные им результаты дали абсолютн о положительные ответы на пос тавленные им три вопроса и подтвердили верность теории Эйнштейна . После прямых измерений оказ алось , что постоян-ная величина Планка равна Дж *секунд ( эрг *секунд ). Милликен также разработал методику атомно й спектороскопии в крайней ультрафиолето-вой обла сти и исследовал космические лучи с помощью ионизационной камеры. Он умер 19 декабря 1953 года в Сан-Марино. Америка долго ждала такого человека , к ак Милликен . Он был выдающимся исследователем . Работая преподавателем в Чикаго , он отда вал много времени подг отовке и поощре нию моло-дых людей , на работу с которыми у Майкельсона не хватало терпения . Выполняя администра-тивные функции в Калифорнийском т ехнологическом институте , он подготовил несколько по-колений молодых ученых . Уровень их под готовки был настольк о высок , что отпала необходи-мость направлять молодых америк анцев за границу для получения научного о бразования . Бла-годаря Роберту Эндрюсу Милликену американская наука вступила в пору зрелост и.
© Рефератбанк, 2002 - 2018