ریاضیات

بار الکترون [ ویرایش ]

مقاله اصلی: آزمایش قطره روغن

دستگاه اصلی قطره روغن Millikan، در حدود 1909-1910

میلیکان برای برنده شدن جایزه نوبل چکی به مبلغ بیش از 40000 دلار دریافت می کند

میلیکان از سال 1908، زمانی که استاد دانشگاه شیکاگو بود، روی آزمایش قطره‌ای روغن کار کرد که در آن بار روی یک الکترون را اندازه‌گیری کرد . جی جی تامسون قبلاً نسبت بار به جرم الکترون را کشف کرده بود. با این حال، مقدار بار و جرم واقعی ناشناخته بود. بنابراین، اگر قرار بود یکی از این دو مقدار کشف شود، دیگری به راحتی قابل محاسبه است. میلیکان و دانشجوی آن زمان هاروی فلچر از آزمایش قطره روغن برای اندازه گیری بار الکترون (و همچنین جرم الکترون و عدد آووگادرو) استفاده کردند ، زیرا رابطه آنها با بار الکترون مشخص بود.

پروفسور میلیکان، در ازای ادعای هاروی فلچر که بر روی یک نتیجه مرتبط برای پایان‌نامه‌اش تالیف کامل می‌کند، اعتبار انحصاری را بر عهده گرفت. [10] میلیکان برنده جایزه نوبل فیزیک 1923 شد ، تا حدی برای این کار، و فلچر این توافق را تا زمان مرگش مخفی نگه داشت. [11] پس از انتشار اولین نتایج خود در سال 1910، [12] مشاهدات متناقض توسط فلیکس ارنهافت باعث ایجاد اختلاف بین دو فیزیکدان شد. [13] پس از بهبود تنظیمات خود، Millikan مطالعه اصلی خود را در سال 1913 منتشر کرد. [14]

بار ابتدایی یکی از ثابت های فیزیکی اساسی است و آگاهی دقیق از مقدار آن از اهمیت بالایی برخوردار است. آزمایش او نیروی وارده بر قطرات باردار ریز روغن معلق در برابر گرانش بین دو الکترود فلزی را اندازه گیری کرد. با دانستن میدان الکتریکی، بار روی قطره را می توان تعیین کرد. میلیکان با تکرار آزمایش برای بسیاری از قطرات نشان داد که نتایج را می توان به صورت مضرب های صحیح یک مقدار مشترک (1.592 × 10-19 کولن ) توضیح داد که بار یک الکترون منفرد است. که این مقدار کمی کمتر از مقدار مدرن 1.602 176 53 (14) x 10-19 کولن استاحتمالاً به دلیل استفاده Millikan از یک مقدار نادرست برای ویسکوزیته هوا است . [15] [16]

اگرچه در زمان آزمایش‌های قطره‌ای نفت میلیکان مشخص شد که چیزهایی به نام ذرات زیراتمی وجود دارد، اما همه قانع نشدند. جی جی تامسون که در سال 1897 با پرتوهای کاتدی آزمایش می‌کرد، «جسم‌هایی» با بار منفی، به قول خودش، با نسبت بار به جرم 1840 برابر یون هیدروژن کشف کرد. نتایج مشابهی توسط جورج فیتزجرالد و والتر کافمن پیدا شده بود. بیشتر آنچه که در آن زمان در مورد الکتریسیته و مغناطیس شناخته شده بود را می توان بر این اساس توضیح داد که بار یک متغیر پیوسته است. این تقریباً به همان شکلی است که بسیاری از خواص نور را می توان با تلقی آن به عنوان یک موج پیوسته و نه به عنوان یک جریان فوتون توضیح داد.

زیبایی آزمایش قطره روغن در این است که دستگاه میلیکان علاوه بر اینکه امکان تعیین دقیق واحد اصلی بار را می دهد، نشان می دهد که بار در واقع کوانتیزه شده است. چارلز اشتاینمتز از شرکت جنرال الکتریک ، که قبلاً فکر می کرد شارژ یک متغیر پیوسته است، پس از کار با دستگاه Millikan به خلاف آن متقاعد شد.

بحث انتخاب داده [ ویرایش ]

در مورد استفاده میلیکان از نتایج آزمایش دوم خود در مورد اندازه گیری بار الکترون، اختلاف نظرهایی در مورد گزینش پذیری وجود دارد. این موضوع توسط آلن فرانکلین ، [17] یک تجربه‌گرای پرانرژی سابق و فیلسوف فعلی علم در دانشگاه کلرادو مورد بحث قرار گرفته است . فرانکلین ادعا می کند که حذف داده های Millikan بر ارزش نهایی هزینه به دست آمده تأثیر نمی گذارد، اما "جراحی زیبایی" قابل توجه Millikan خطای آماری را کاهش داد. این امر میلیکان را قادر ساخت تا بار الکترون را بهتر از نیم درصد بدهد. در واقع، اگر Millikan تمام داده‌هایی را که دور انداخته بود گنجانده بود، خطا کمتر از 2٪ بود. در حالی که این هنوز به Millikan منجر می شد.e- بهتر از هر کس دیگری در آن زمان، عدم قطعیت کمی بزرگتر ممکن بود باعث اختلاف بیشتر با نتایج او در جامعه فیزیک شود، که احتمالاً میلیکان سعی کرد از آن اجتناب کند. دیوید گودشتاین استدلال می کند که بیانیه میلیکان، مبنی بر اینکه تمام قطرات مشاهده شده در یک دوره شصت روزه در مقاله استفاده شده است، در جمله بعدی که تمام "قطره هایی که یک سری کامل مشاهدات بر اساس آنها انجام شد" مشخص شد. گودشتاین تأیید می کند که واقعاً چنین است و خاطرنشان می کند که پنج صفحه جداول این دو جمله را از هم جدا می کنند. [18]

اثر فوتوالکتریک [ ویرایش ]

رابرت میلیکان و آلبرت اینشتین در موسسه فناوری کالیفرنیا در سال 1932

وقتی انیشتین مقاله مهم خود را در سال 1905 در مورد نظریه ذرات نور منتشر کرد، میلیکان متقاعد شد که باید اشتباه باشد، زیرا شواهد زیادی وجود داشت که قبلاً نشان داده بود که نور یک موج است. او یک برنامه آزمایشی یک دهه ای را برای آزمایش نظریه انیشتین انجام داد، که نیاز به ساخت چیزی داشت که او به عنوان «ماشین فروشی در خلاء » توصیف کرد تا سطح فلزی بسیار تمیز فوتوالکترود را آماده کند. نتایج او که در سال 1914 منتشر شد، پیش‌بینی‌های انیشتین را با تمام جزئیات تأیید کرد، [19]اما میلیکان به تفسیر انیشتین متقاعد نشده بود، و در اواخر سال 1916 نوشت: «معادله فوتوالکتریک انیشتین... به نظر من در حال حاضر نمی توان آن را به عنوان یک پایه نظری رضایت بخش در نظر گرفت، حتی اگر «در واقع «معادله فوتوالکتریک اینشتین... رفتار اثر فوتوالکتریک را بسیار دقیق نشان می دهد. با این حال، او در زندگی نامه خود در سال 1950 به سادگی اعلام کرد که کارش «به ندرت اجازه تفسیر دیگری غیر از آنچه انیشتین در ابتدا پیشنهاد کرده بود، یعنی تفسیر خود نظریه نیمه جسمی یا فوتونی نور را می دهد». [20]

از آنجایی که کار میلیکان برخی از پایه‌های فیزیک ذرات مدرن را تشکیل می‌دهد، طعنه‌آمیز است که او در نظرات خود در مورد تحولات قرن بیستم در فیزیک، مانند نظریه فوتون، محافظه‌کارانه بود. مثال دیگر این است که کتاب درسی او، در اواخر نسخه 1927، وجود اتر را به صراحت بیان می‌کند و نظریه نسبیت انیشتین را تنها در یادداشتی غیرمتعهد در انتهای عنوان زیر پرتره انیشتین ذکر می‌کند و به‌عنوان آخرین فهرست در فهرست ذکر می‌کند. از دستاوردهایی که او «نویسنده نظریه نسبیت خاص در سال 1905 و نظریه نسبیت عام در سال 1914 بود، که هر دو در توضیح پدیده‌های غیرقابل توضیح و پیش‌بینی پدیده‌های جدید موفقیت زیادی داشته‌اند».

Millikan همچنین به اندازه‌گیری مقدار ثابت پلانک با استفاده از نمودارهای انتشار فوتوالکتریک فلزات مختلف اعتبار دارد. [21]

زندگی بعدی [ ویرایش ]

Robert A. Millikan در حدود سال 1923

در سال 1917، جورج الری هیل ، ستاره شناس خورشیدی، میلیکان را متقاعد کرد که هر سال چندین ماه را در کالج فناوری Throop ، یک موسسه دانشگاهی کوچک در پاسادنا، کالیفرنیا ، سپری کند، که هیل مایل است به یک مرکز بزرگ برای تحقیقات علمی و آموزش تبدیل شود. چند سال بعد کالج تروپ به موسسه فناوری کالیفرنیا (Caltech) تبدیل شد و میلیکان دانشگاه شیکاگو را ترک کرد تا "رئیس شورای اجرایی" کلتک (در واقع رئیس آن) شود. میلیکان از سال 1921 تا 1945 در آن سمت خدمت کرد. در Caltech، بیشتر تحقیقات علمی او بر مطالعه " پرتوهای کیهانی " متمرکز بود.در دهه 1930 با آرتور کامپتون وارد بحث شد که آیا پرتوهای کیهانی از فوتون‌های پرانرژی (دیدگاه میلیکان) یا ذرات باردار (دیدگاه کامپتون) تشکیل شده‌اند. میلیکان فکر می‌کرد که فوتون‌های پرتوهای کیهانی او هستند. "فریاد تولد" اتم های جدید به طور مداوم برای مقابله با آنتروپی و جلوگیری از مرگ گرمایی جهان ایجاد می شود . کامپتون در نهایت با مشاهده اینکه پرتوهای کیهانی توسط میدان مغناطیسی زمین منحرف می شوند (از این رو باید ذرات باردار باشند) ثابت شد.

رابرت میلیکان نایب رئیس شورای ملی تحقیقات در طول جنگ جهانی اول بود . در آن زمان، او به توسعه تجهیزات ضد زیردریایی و هواشناسی کمک کرد. او نشان چینی جید را دریافت کرد [ چه زمانی؟ ] . پس از جنگ، میلیکان در کارهای کمیته همکاری فکری جامعه ملل ( از سال 1922، به جای جورج ای. هیل ، تا 1931)، با سایر محققان برجسته ( ماری کوری ، آلبرت انیشتین ، هندریک لورنتس و غیره) همکاری کرد. .). [22]میلیکان عضو کمیته سازماندهی المپیک 1932 لس آنجلس بود ، [23] و در زندگی خصوصی خود یک تنیس باز مشتاق بود. او متاهل بود و دارای سه پسر بود که بزرگترین آنها، کلارک بی میلیکان ، یک مهندس برجسته آیرودینامیک شد. پسر دیگری به نام گلن که او هم فیزیکدان است با دختر جورج لی مالوری (کلر) از شهرت کوه اورست ازدواج کرد. گلن در سال 1947 در یک تصادف کوهنوردی در کوه های کامبرلند کشته شد. [24]

میلیکان که مردی مذهبی و پسر یک وزیر بود، در زندگی بعدی خود به شدت برای رابطه مکمل بین ایمان مسیحی و علم استدلال کرد . [25] [26] [27] [28] او در سخنرانی‌های تری خود در ییل در سال‌های 1926-1927 به این موضوع پرداخت که با عنوان تکامل در علم و دین منتشر شد. [29] او یک خداباور مسیحی و طرفدار تکامل خداباور بود. [30] اعتقاد بحث برانگیزتر او اصلاح نژاد بود - او یکی از متولیان اولیه بنیاد بهبود انسان بود و سن مارینو، کالیفرنیا را ستایش کرد .برای اینکه "غربی ترین پاسگاه تمدن نوردیک ... [با] جمعیتی که دو برابر آنگلوساکسون های موجود در نیویورک، شیکاگو یا هر یک از شهرهای بزرگ این کشور است." [31] در سال 1936، میلیکان به رئیس دانشگاه دوک در جنوب ایالات متحده که در آن زمان نژادی جدا شده بود، توصیه کرد که یک فیزیکدان زن را استخدام نکند و استدلال کرد که بهتر است مردان جوان استخدام شوند. [32]

طرح 1931 رئیس موسسه فناوری کالیفرنیا رابرت A. Millikan

به دلیل وابستگی Millikan به Human Betterment Foundation ، در ژانویه 2021، هیئت امنای Caltech مجوز حذف نام Millikan (و نام پنج شخصیت تاریخی دیگر وابسته به بنیاد) را از ساختمان‌های دانشگاه صادر کرد. [33]

کپسول زمان وستینگهاوس [ ویرایش ]

در سال 1938، او متن کوتاهی نوشت تا در کپسول های زمان وستینگهاوس قرار گیرد . [34]

در این لحظه، 22 اوت 1938، اصول حکومت رای نماینده، مانند دولت های کشورهای آنگلوساکسون، فرانسه و اسکاندیناوی، در تضاد مرگبار با اصول استبداد است که تا دو قرن پیش پیش، تقریباً در سراسر تاریخ ثبت شده، سرنوشت انسان را کنترل کرده بود. اگر اصول عقلانی، علمی و مترقی در این مبارزه پیروز شوند، امکان یک عصر طلایی و بدون جنگ برای بشر وجود دارد. اگر اصول ارتجاعی استبداد اکنون و در آینده پیروز شود، تاریخ آینده بشر داستان غم انگیز جنگ و ظلم را مانند گذشته تکرار خواهد کرد.