Вчений мимоволі

Наприкінці весни 1889 професор Джон Ф. Пек, який читав лекції згрецької мови в невеликому коледжі Оберлін (штат Огайо), звернувся доодному зі студентів, які вивчали класичні мови і літературу, з проханнямпідучити фізику, щоб на майбутній рік викладати елементарний курс цієїнауки.

- Але я не знаю фізики.

- Кожен, хто добре засвоює грецька, може викладати фізику.

- Добре, - сказав студент, -- але за всі наслідки відповідаєте ви.

Наслідками виявилися дві найбільш фундаментальні дослідження вгалузі фізики XX століття. Міллікен відповів професору згодою, тому щопотребу в грошах. До вивчення класики він не повернувся.

Роберт Міллікен народився 22 березня 1868 року в штаті Іллінойс у родинісвященика. Його дитинство пройшло в невеликому, що стояв на березі річки,містечку Маквокета (штат Айова). "Мій батько і мати виховали шістьох дітей --трьох дівчаток і трьох хлопчиків, живучи на платню священика невеликогомістечка в тисячу триста доларів на рік, - розповідав він. - Ми носиликостюми та сукні з синьої паперової тканини і ходили босоніж, починаючи ззакінчення школи в травні і до початку занять у вересні. Взимку ми, хлопчики,розпилювали щоденно десять четирехфутових колод. Так продовжувалося до тихпір, поки ми не напілівалі десять кордом (1 корд = 3,63 кубометра) дров. Підчас канікул вранці ми повинні були працювати в саду, але після обіду у насбув вільний час для ігор ".

Діти плавали в річці, грали у бейсбол, два рази на день доїли корів,вставали о третій годині ночі, щоб зустріти мандрівну циркову трупу,вивчилися крутитися на саморобних паралельних брусах і ніколи нечули про те, що доросла людина може заробити собі на життя, проводячичас в лабораторії і працюючи над якоюсь фізикою. Для них слово "фізика"пов'язувалося з поняттям про проносне (розм. physic - проносне).

Курс фізики в середній школі Маквокети вів сам директор, який в літнімісяці займався головним чином пошуками підземних вод за допомогоюроздвоєного горіхового прутика і вже у всякому разі не дуже-то вірив увсю цю дурницю, надруковану в підручнику: "Як це можна зробити з хвильзвук? Нісенітниця, хлопчики, це все нісенітниця? "Але зате вчителя алгебри Міллікен зповагою згадував усе життя.

Коли йому виповнилося вісімнадцять, він вступив до Оберлінскій коледж --брат його бабусі був одним із засновників цього навчального закладу. Надругому курсі коледжу він знову прослухав курс лекцій з фізики, якібули нітрохи не веселіше тих, що йому читали в середній школі. Навички вспортивних іграх і атлетики, набуті в дитинстві на задніх дворах,допомогли йому отримати місце викладача гімнастики, а дохід відвикладання фізики в середній школі ще більше зміцнив його фінансовестановище.

Міллікен, треба сказати, сумлінно ставився до своїх викладацькимобов'язків. Щоб йти попереду своїх учнів, він вивчав всі підручники,які тільки міг дістати. У той час в американських коледжах було всьогодві книги з фізики - перекладені з французької мови роботи Гано і
Дешанель.

За таких обставин Міллікен дійсно добре навчив предмет.

Після закінчення коледжу в 1891 році Міллікен продовжував викладати фізику в
Оберлін, отримуючи невелику платню. Він був змушений займатися цим,бо, як казав він сам, "в той рік депресії жодної вакансії не було".
Однак викладачі Оберлін значно серйозніше ставилися до ролі
Міллікена в науці, ніж він сам, і без його відома направили його документи в
Колумбійський університет. Йому була запропонована стипендія, і Міллікенвступив до університету, бо іншої можливості отримувати регулярно 700доларів у нього не було. У Колумбійському університеті він вперше зустрівсяз людьми, глибоко цікавився фізикою, Міллікен вирішив наслідувати їхнійприкладом і спробувати стати справжнім вченим, не дивлячись на те, що вже багатороків карався сумнівами щодо своїх здібностей.

У 1893 році наука в Америці була відсталою. Тільки люди, які отрималиосвіта в Європі, добре уявляли собі, як саме слід вестинауково-дослідну роботу. На фізичному факультеті Колумбійськогоуніверситету був тільки одна така людина - професор Майкл Пьюпін,здобув освіту в Кембриджі. Міллікен говорив: "Слухаючи курс оптики,який читав доктор Пьюпін, я все більше дивувався. Вперше в житті язустрів людину, яка настільки добре знав аналітичні процеси,що, не готуючись до занять, приходив щодня в аудиторію і викладав своїдумки у вигляді рівнянь. Я вирішив спробувати навчитися робити те ж саме ".
Коли термін стипендії, призначений Міллікену для вивчення фізики, закінчився, вонане була відновлена: Пьюпін віддав перевагу Міллікену іншого кандидата.

Коли до Пьюпіна дійшло, що Міллікен залишився без будь-яких коштів, вінзацікавився їм серйозно. На наступний рік саме за наполяганням Пьюпіна
Міллікен вирішив поїхати вчитися до Німеччини. Міллікену довелося зізнатися,що у нього немає коштів, і Пьюпін дав йому в борг необхідну суму. Пьюпінхотів подарувати йому ці гроші, але Міллікен не погодився і вручив Пьюпінурозписку в отриманні грошей.

Перед самим від'їздом Міллікен зустрівся ще з однією людиною, що зігравзначну роль у його житті. Під час літньої сесії Міллікен побував унещодавно відкритому університеті Чикаго, де познайомився з А. А.
Майкельсона. Жодна людина ніколи не справляв на молодого вченогонастільки сильного враження. Тут же він у 1895 році отримав докторськуступінь.

Міллікен знаходився в Європі (працює в Берлінському та Геттінгенськомууніверситетах), коли за серією експериментальних робіт послідувавграндіозний вибух всіх класичних теорій. У 1895 і 1896 роках пролуналив науці імена Беккереля, Рентгена, Кюрі і Томсона.

Бродіння ще тривало, коли влітку 1896 року Міллікен отримав від А.
А. Майкельсона телеграму з пропозицією зайняти місце асистента у
Чиказькому університеті. Міллікену було тоді 28 років. "Я віддав мій одягразом з валізою в заклад капітану одного з судів Американськоїтранспортної лінії, запевнивши компанію, що я виплачу капітану вартістьпроїзду в Нью-Йорку і тільки після цього прийду за речами ".

Наступні дванадцять років Міллікен провів в обстановці невтомною науковоюактивності, характерної для Чикаго на початку століття. Чиказький університетзібрав у своїх стінах молодих людей, яких незабаром чекалаширока популярність: астронома Джорджа Гейл, історика Джеймса Брестеда,економіста Стефена Ликон, Роберта Ловетт і багатьох, багатьох інших. В одномупансіоні з Міллікеном проживали двоє хлопців: Торстейн Веблен і Гарольд Ікс.

Перші роки, проведені в Чикаго, Міллікен присвятив написаннялегкотравних американських підручників з фізики та турботам про свою молодийсім'ї. Майкельсон звалив на нього всю викладацьку роботу, яка невідповідала вподоби старого.

У роки першої світової війни (1914-1918) Міллікен був заступникомголови національної дослідницької ради (розроблявметеорологічні прилади для виявлення підводних човнів).

Міллікен почав серйозно займатися науково-дослідницькою роботою,коли йому було майже сорок років. Проблеми для дослідження зазвичай обиралисяїм з числа тих, які так потряс вчений світ, коли він ще був у Європі.
Міллікен. мимоволі став фізиком, поставив два експерименти, які іпонині є класичним зразком витонченості задуму та виконання. Вінзаслужив отриману ним Нобелівську премію (в 1923 році).

Таємниче четвертий стан матерії

Згадуючи своє життя, Міллікен казав, що найбільше йому пощастило,коли Пьюпін не взяв його своїм асистентом. Якщо б це сталося, Міллікенніколи не потрапив би за кордон і не опинився б в Європі, коли сучаснафізика тільки починалася по-справжньому.

4 січня 1896 Вільгельм Конрад фон Рентген виступив з доповіддю в
Вюрцбурзі на засіданні вюрцбурзьких фізико-математичного товариства, апотім повторив доповідь в Берліні на щорічній конференції Німецькогофізичного товариства. Його повідомлення стало сенсацією для двох наук:
Рентген розповів про відкриття зовсім нової форми радіації, що дозволилайому фотографувати предмети крізь непрозорі тверді екрани. Вінпродемонстрував фотографію частин свого власного живого скелета --кісток руки.

Для медичного світу промені Рентгена були дивом, яке слід булонегайно поставити на службу діагностиці. Для світу фізики в той моментнабагато важливіше було пояснення явища, ніж його застосування. Пошуки цьогопояснення і стали згодом першим стрибком у атомний і субатомнийсвіт.

Чудові промені, відкриті Рентгеном, мали вже принаймні сорокарічнуісторію в європейській науці. У 1863 році французький фізик Массон направивелектричну іскру високої напруги на скляну посудину, з якогобув викачано майже все повітря. Сосуд раптово наповнився яскравим неземнимпурпуровим світінням.

У 60-і і 70-і роки минулого століття Гітторф я Крукс продовжили вивченняцього незвичайного явища. Винахід досконалого вакуумного насоса,помогшего Едісону створити лампочку розжарювання, дало можливість Круксуспостерігати таємниче заграва у вакуумі при все зменшується тиск.
Характер світіння змінювався при зменшенні тиску в посудині спочатку до однієїсотих, а потім і до однієї тисячної атмосфери. Воно спочатку стало ще яскравіше,потім розсипалося на окремі згустки світла і, нарешті, потьмяніло ізовсім зникло. Коли в посудині створювався досить великий вакуум,світіння пропадало, але зате скляні стінки судини починали випромінюватипримарний зеленуватий світло.

Трубка Крукса за формою нагадувала велику грушу, на обох кінцях якоївін впаяли металеві пластинки. Крукс встановив, що світіння в трубціпояснюється проходженням променів через вакуум між двома металевимидисками - електродами, коли металеві пластинки з'єднували з джереломвисокої напруги. Промені назвали катодними променями, а посудину - катодногопроменевою трубкою.

Крукс також зауважив, що таємничі промені, очевидно, мають масу ішвидкість. Однак природи цих променів він не розумів і вважав їх "четвертимстаном матерії ", на відміну від рідкого, газоподібного і твердого.

Надалі встановили, що катодні промені мають електричну природу,так як магніт, піднесений до трубки, відхиляв потік променів. Так самодіяв на них і електричний струм. Інші дослідники довели, щокатодні промені можна спрямувати за межі трубки, якщо поставити на їх шляхутонку пластинку з алюмінієвої фольги. Однак у повітрі катодні променіпоширювалися на дуже невелику відстань.

Деякі фізики вважали, що "четвертий стан Материн" було не чиміншим, як таємничої ектоплазму, описаної спирита. На час різкозріс попит на духів.

Восени 1895 Конрад фон Рентген проводив досліди з трубкою Крукса,щільно загорнутої в чорний папір, щоб випромінювання не вирвалося назовні.
Зовсім випадково він помітив, що в темній кімнаті "паперовий екран,промитий ціанідом платини і барію, яскраво спалахує і флуоресціює,незалежно від того, оброблена або ж зворотний бік екрану звернена дорозрядної трубки ".

Паперовий екран містився на відстані майже в шість футів від апарату.
Рентген знав, що катодні промені змушують флуоресціровать обробленийцим розчином екран, але на таку відстань катодні промені ніколи непроникали! Він виявив незабаром, що всі речовини в тій чи іншій міріпроникні для цих таємничих нових променів. Тільки свинець виявивсянепрозорим для них.

Рентген зауважив також, що промені ці засвічували сухі фотопластинки іплівку, і це дозволяло застосовувати промінь і для фотозйомки. Він добрався і доджерела променів. Вони виникали в тому місці на поверхні скла, нащо падали катодні промені при високій напрузі. Рентген тоді заявив,що нові промені можна отримати, надіславши катодні промені на тверде тіло.
Щоб підтвердити це, він сконструював трубку, випромінює більшінтенсивний потік нових променів, яким через брак кращого він дав назву
"Ікс - промені" (X - невідоме).

Вже через кілька місяців після повідомлення Рентгена його трубка знайшларізноманітне застосування в медицині для обстеження переломів, глибокихпоранень і внутрішньої будови людського тіла.

Наукові журнали провідних країн були заповнені статтями фізиків,повторювали досліди Рентгена і кожного разу по-новому пояснювали це явище.
Сам Рентген все ще не розумів суті свого відкриття і говорив, що це
"Поздовжні вібрації в ефірі".

Відкриття Рентгена змусило багатьох фізиків більш ретельно дослідитиявище флуоресценції.

Радіоактивність і фотоелектричний ефект

Місяць по тому Анрі Беккерель поставив досвід, досліджуючи флуоресціюючівластивості подвійного сульфату урану і калію. Коли деякі речовини, післятого, як їх підтримали на світлі, починали світитися в темряві, про нихговорили, що вони флуоресціюють. Було відомо багато таких речовин, іодним з них був застосований Беккерелем уран.

В експерименті Беккереля уранова сіль спочатку піддавалася діїсонячного світла, а потім вимірювалися її флуоресціюючі властивості. Як-тозіпсувалася погода, і Беккерель відклав препарат в сторону на декількаднів. Зовсім випадково сіль виявилася в одному ящику столу з гіркоюфотографічних платівок. Другий випадковістю було те, що Беккерель вирішивперевірити фотопластинки перед відновленням досвіду.

Він проявив першу платівку, що лежала зверху, і, на свій подив,виявив, що вона засвічена, причому засвічені пляма мало таку форму,ніби щось відкидало при засвічування тінь на платівку. Шукаючипояснення, Беккерель виявив, що якщо розглядати пляма з деякоючасткою уяви воно починає нагадувати за формою металевий диск, вякому зберігалася уранова сіль. Якщо це станеться раніше, Беккерель викинув биплатівку і забув про неї. Але шум навколо ікс - променів змусив всіх фізиківнасторожитися. Беккерель вирішив розібратися в тому, що відбувається до кінця.

Він знову виставив уранову сіль на сонячне світло. а потім помістив її втемний ящик столу поверх фотопластинки, загорнутої в чорний папір. І зновуурановий сульфат засвітив платівку.

Протягом декількох місяців Беккереля здавалося, що для того, щобзасвітити платівку, сульфат урану потрібно попередньо потримати всонячних променях.

Але незабаром він виявив, що препарат уранового сульфату, і не будучипідданий дії сонячного світла, засвічує платівку з неменшоюінтенсивністю. Явище здавалося таємничим, незбагненним. Потім
Беккерель відкрив, що чистий уран, не що був флуоресціюючими речовиною,виробляє ще більш сильно діє на фотопластинку, ніж урановез'єднання, так що флуоресценцію можна було скинути з рахунків. Далі
Беккерель виявив, що ці невидимі промені, що випускаються ураном, маливластивістю розряджати тіла, що несуть електричний заряд. Те ж властивістьвідкрив Рентген і у ікс - променів. Беккерель назвав це невідоме до тогопори явище "радіоактивністю".

Промені Беккереля (їх назвали саме так) були настільки ж дивовижні, як ірентгенівські промені, і викликали у фізиків рівний інтерес. Два асистента
Беккереля - П'єр Кюрі і його дружина Марія стали розробляти цю проблему. ЗаПісля деякого часу вони виявили, що існують два іншиххімічних елементи з тими ж властивостями. Обидва вони не були раніше відомінауці. Один з них був названий полонієм - на честь батьківщини пані Кюрі, інший --радієм.
Здавалося, що великі класичні теорії фізики приголомшені до самогопідстави. Фізики вважали, що ікс - промені спростовують закони Максвелла, алепотім Рентген довів, що вони не суперечать ефірної теорії, так якмають нормальними оптичними властивостями - відображенням, рефракцією іінтерференцією. Явище радіоактивності, помічене Беккерелем, здавалося,означало кінець красивій теорії збереження енергії. Яким чином речовинаневтомно виробляє енергію, по всій очевидності, ніяк не поповнюючи їїзапасів?
Цікаве відкриття було зроблено в 1887 році. Генріх Герц виявив, щоультрафіолетове світло, падаючи на електрод, який приєднаний до ланцюга звисокою напругою, змушує іскру відскакувати значно далі. Дж.
Дж. Томсон довів, що це відбувається через те, що ультрафіолетовийсвітло створює на поверхні металу негативний?? аряд. Явище отрималоназву "фотоелектричний ефект".
Відкриття ікс - променів змусило фізиків не тільки пильнішепридивитися до явища флуоресценції, але й спонукало їх повернутися до природикатодних променів. Існували дві точки зору. Німецькі вчені вважали,що катодні промені в трубці є вібрації в ефірі. Англійськіфізики були схильні вважати ці промені зарядженими електрикою частками,як це передбачав Бенджамен Франклін. Видатним виразником англійськоїшколи був Дж. Дж. Томсон.

У 1897 році Томсон опублікував класичну статтю під назвою
"Катодні промені", в якій він зробив огляд всіх дослідів з катодними променями.
Стаття включала також опис деяких з його власних дослідів. Вінприйшов до висновку, що катодний промінь - це насправді потік рухомих привисокій напрузі негативно заряджених часток набагато меншого розміру,ніж найменший атом. Використовуючи запропоноване Стоні назва, Томсон давцієї частці ім'я "електрон". Він стверджував, що фотоелектричний ефектє не що інше, як вибивання цих електронів з металевоїповерхні променем ультрафіолетового світла. Томсон наполягав і на тому, щоелектрон був також складовою частиною променів Беккереля.

Затвердження Томсона здавалося фантастичним цілому поколінню вчених,які не хотіли визнавати гіпотезу, що матерія складається з атомів.
Припущення, що існує частка ще менша, ніж атом, викликало бурю.
Деякі вчені були готові погодитися з тим, що електрика - цепотік дуже маленьких частинок, що мають електричний заряд, але ще треба булодовести, що кожна така частинка володіла певною масою іпевним електричним зарядом. Потрібно було провести досвід, щоб раз іназавжди довести, що електрони існують насправді.

У 90-х роках минулого століття був все ж таки один німецький учений, який неподіляв ефірну теорію ікс - променів. Його звали Альберт Ейнштейн. На цьоговченого справив глибоке враження досвід Майкельсона з інтерферометрів. Іще один німець заперечував проти ефірної теорії - Макс Планк. Він зробив урівній мірі радикальне припущення: променеву енергію, тобто світло,слід представляти у вигляді "квантів", або найдрібніших частинок. Ейнштейнвикористовував квантової теорії Планка для пояснення фотоелектричногоефекту і склав дивовижне по красі підсумовуючі рівняння. Але в тойчас думки Ейнштейна про фотоелектричного ефекту не зустріли довіри.

Міллікен - один з небагатьох американських аспірантів, які працювали тоді в
Європі, - був тією людиною, якому судилося після довгих років працьі роздумів поставити два найважливіших експерименту епохи: один досвід підтвердивправильність електронної теорії Томсона, другий дав доказ теоріїфотоелектричного ефекту Ейнштейна і того, що квантова теорія - щосьбільше, ніж "маячня" математика.

Електрон на краплі олії

"До кінця першого десятиліття, проведеного в університеті Чикаго (1906рік), я все ще був викладачем-асистентом, - писав Роберт Міллікен. -
У мене росло двоє синів. Я почав будувати будинок, розраховуючи оплатитивитрати за рахунок моїх гонорарів, але я знав, що до цих пір не займавскільки-небудь помітного місця серед фізиків-дослідників ".

Підручник, над яким він працював, був уже у видавництві. Нарешті він змігприступити до інтенсивної дослідницької роботи. У його наукового кар'єріпочався новий етап.

"Все фізики цікавилися величиною електричного заряду електрона, і,тим не менш, до цих пір не вдалося її виміряти ..."

Багато спроб провести це вирішальне вимір вже зробив Дж. Дж.
Томсон, але пройшло десять років роботи, та асистент Томсона Вільсонповідомив, що після одинадцяти різних вимірів вони отримали одинадцятьрізних результатів.

Перш ніж почати дослідження за своїм власним методом, Міллікенставив досліди за методом, що застосовувалася в Кембріджському університеті.
Теоретична частина експерименту полягала в наступному. Маса тілавизначалася шляхом вимірювання тиску, що виробляється тілом під впливомсили тяжіння на чашу ваг. Якщо повідомити нескінченно малій частці речовиниелектричний заряд і якщо прикласти спрямовану вгору електричну силу,рівну силі тяжіння, спрямованої вниз, то ця частка буде знаходитися встані рівноваги, і фізик може розрахувати величину електричногозаряду. Якщо в цьому випадку частці буде повідомлено електричний зарядодного електрона, можна буде вирахувати величину цього заряду.

Кембріджська теорія була цілком логічною, але фізики ніяк не моглистворити прилад, за допомогою якого можна було б займатися дослідженнямиокремих часток речовин. Їм доводилося задовольнятися спостереженням заповедінкою хмари з водяних крапель, заряджених електрикою. У камері,повітря з якої був частково знищений, створювалося хмара пари. До верхньоїчастині камери підводиться струм. Через певний час крапельки туману ухмарі забутися. Потім крізь туман пропускали ікс - промені, і водянікраплі отримували електричний заряд.

При цьому дослідники вважали, що електрична сила, спрямованавгору, на що знаходиться під високою напругою кришці камери, повинна нібитоутримувати краплі від падіння. Однак на ділі не виконувалося ні одне зскладних умов, за яких, і тільки при яких, частинки могли бперебувати в стані рівноваги.

Міллікен почав шукати новий шлях вирішення проблеми. Справа була не вапараті, а в тому, як ним користуватися. Він вніс у його конструкцію рядневеликих змін, що "вперше дозволили провести всі виміри наоднієї і тієї ж окремої крапельці ".

" Як перший крок в області вдосконалення в 1906 роцісконструював невелику за габаритами батарею на 10 тисяч вольт (що самопо собі було у ті часи чималим досягненням), яка створювала поле,досить сильна для того, щоб утримувати верхню поверхню хмари
Вільсона в підвішеному, як "труна Магомета", стані. Коли в мене всебуло готове і коли утворилася хмара, і я повернув вимикач та хмаравиявилося в електричному полі. В ту ж мить воно на моїх очахрозтануло, іншими словами - від цілої хмари не залишилося і маленькогошматочка, який можна було б спостерігати за допомогою контрольногооптичного приладу, як це робив Вільсон і збирався зробити я. Як меніспочатку здалося, безслідне зникнення хмари в електричному поліміж верхньою та нижньою пластинами означало, що експеримент закінчивсябезрезультатно ... Проте, повторивши досвід, я вирішив, що це явище набагатоважливіше, ніж я припускав. Повторні досліди показали, що післярозсіювання хмари в потужному електричному полі на його місці можна булорозрізнити кілька окремих водяних крапель ".

Створюючи могутнє електричне поле, Міллікен незмінно розсіював хмара.
Від нього залишалося дуже невелике число частинок, маса і електричнийзаряд яких перебували в ідеальному рівновазі. Насправді, саме тікраплі, які тепер були видалені з камери, порушували всі передуваливимірювання.

"Я спостерігав за допомогою мого короткофокусної телескопа за поведінкоюцих що знаходяться в рівновазі крапельок в електричному полі. Деякі зних починали повільно рухатися вниз, а потім, поступово втрачали вагу врезультаті випаровуванні, зупинялися, поверталися ... і повільнопочинали рухатися вгору, тому що сила тяжіння все зменшувалася внаслідоквипаровування ... Якщо електричне поле раптово зникало, все що знаходяться врівновазі крапельки, схожі на зірочки на темному полі, починали падати --одні повільно, інші набагато швидше. Ці останні крапельки опинилися підзваженому стані тому, що вони несли на собі два, три, чотири, п'ять ібільше електронів замість одного ... Це було, нарешті, перше виразне,ясне і недвозначне доказ того, що електрика єдино зструктурі ".

Це останнє спостереження було в той час фактично значно більшеважливим, ніж вимірювання заряду електрона.

Міллікен закінчив перші вимірювання заряду електрона у вересні 1909 рокуі негайно виступив з повідомленням на нараді Британської асоціаціїсприяння науці у Вінніпезі. Хоча його імені не було в списку доповідачів,йому дали можливість виступити. Щоправда, він не мав ніяких ілюзій. Віндобре розумів, що результати його дослідів є лише попередніми іщо за допомогою більш досконалих в технічному відношенні приладів можуть бутиотримані більш точні дані.

"Повертаючись в Чікаго з цієї наради, я дивився з вікна моєї поштовоїкарети на рівнини Манітоби і раптово сказав собі: "Який дурень! Намагатисяу такий брутальний спосіб припинити випаровування води у водяних крапельках в тойчас, як людство витратило останні триста років наудосконалення мастила для змащення годин, прагнучи отримати мастильнеречовина, яка взагалі не випаровується! "

Коли я повернувся в Чикаго, біля входу в лабораторію я зустрів Майкельсона.
Ми сіли на порозі і почали балакати. Я запитав його, наскільки, на йогодумку, наче він зміряв швидкість світла. Він відповів, що вимірюваннявироблено з точністю приблизно до однієї десятитисячне. "Так от, --сказав я, - я придумаю метод, за допомогою якого я зможу визначитивеличину заряду електрона з точністю до однієї тисячної, чи гріш меніціна ".

Я негайно попрямував до майстерні і попросив механіка виготовитиповітряний конденсатор, що складається з двох круглих латунних пластин близько 10дюймів у діаметрі, які були б закріплені на відстані приблизно шестидесятих дюйма одна від одної. В центрі верхньої пластини було просвердленікілька полумілліметрових отворів, крізь які крапельки мастильногомасла, що надходять з розпилювача, могли б потрапити в простір міжпластинами. До пластин були підключені висновки моєї батареї на 10 тисячвольт "... Міллікен мав намір зарядити крапельки олії за допомогою потокуікс-променів, як він робив це раніше з водою.

Протягом трьох років, з 1909 по 1912 рік, він присвячував весь свій час дослідівнад крапельками мастила.

"Мене зачаровувало та абсолютна впевненість, з якою можна було точноперерахувати кількість електронів, що сиділи на даній краплі, будь це одинелектрон чи будь-яке їх число, до сотні включно. Для цього було потрібнолише змусити досліджувану краплю виконати велику серію переміщенні вгоруі вниз, точно вимірявши час, витрачений нею на кожне переміщення, а потімвирахувати найменше спільне кратне досить великої серії швидкостей.

Для того щоб отримати необхідні дані з однієї окремої краплі,іноді було потрібно кілька годин. Одного разу пані Міллікен і я запросили дообіду гостей. Коли пробило шість годин, у мене була всього лише половинанеобхідних мені даних. Тому я змушений був зателефонувати пані Міллікен потелефону і сказати, що вже протягом півтора годин спостерігаю за іоном імає закінчити роботу. Я просив її обідати без мене. Пізніше гостіобсипали мене компліментами з приводу моєї пристрасті до домашньогогосподарству, тому що, як вони пояснювали, г-жа Міллікен повідомила їм, що япротягом півтори години стирав і гладив і повинен був закінчитироботу "(англ." watch an ion "- спостерігати за іоном;" washed and ironed "--стирав і гладив).

Міллікен опублікував результати своїх дослідів восени 1910 року і виявивсяв центрі уваги фізиків усього світу. Німецька школа, в тому числі і
Рентген, який відкрив за 15 років до цього ікс - промені, повністю змінила своюточку зору. Представник цієї школи, великий вчений в галузі фізичноїхімії Оствальд в 1912 році писав: "Тепер я переконаний ... Отримані досвідченимшляхом докази ... які люди безуспішно шукали протягом сотень ітисяч років ... тепер ... дають можливість навіть самому обережному вченомуговорити про те, що теорія атомної будови речовини експериментальнодоведена ".
Революція в області світла

У період з 1921 по 1945 рр.. Міллікен - директор Лабораторії Нормана
Бріджа Каліфорнійського технологічного інституту.

У 1921 році Альберт Ейнштейн був удостоєний Нобелівської премії зарозробку теорії, який пояснив фотоелектричний ефект. Через два роки
Роберт Міллікен отримав Нобелівську премію за проведення досвіду,що підтвердило теорію Ейнштейна. Теорія Ейнштейна була висунута в 1905році. Великий експеримент Міллікена було проведено майже десять років по тому.
Подвійне присудження премії означало успіх однієї із самих великих революційв галузі фізики.

Ісаак Ньютон збагатив фізику двома теоріями: перша стосувалася законівруху тіл; згідно з другим світ являв собою збіговисько крихітнихчастинок що світиться матерії. Перша теорія Ньютона принесла йому репутаціюгеніального вченого. І тільки завдяки його престижу була прийнята другатеорія - про корпускулярної структурі світла, хоча вона була значно слабкішеперший і пояснювала всього два з усіх відомих властивостей світла.

За Ньютону, відбиток - це просто отскаківаніе пружних часток світла відповерхні, що відбиває. Рефракція ж, заломлення світлових променів припереході з менш щільного середовища, такий, наприклад, як повітря, у більшщільну, як, наприклад, вода, мало місце в результаті зміни швидкостічастинки світла в момент проходження її крізь поверхню більш щільноїсередовища. Ньютонівська теорія світла не могла пояснити інтерференції,дифракції і поляризації.

До початку XVIII століття стала привертати увагу хвильова теорія світла,висунута сучасником Ньютона - Гюйгенсом. За цією теорією світло складаєтьсяз вібрації в ефірі. Великий французький фізик Френель математичнодовів, що якщо світло дійсно хвильове явище, то всі йогоспостерігаються прояви легко можна пояснити. Через півстоліття Джемс
Максвелл підкріпив хвильову теорію світла, теоретично довівши, що світлоє вібрацією електричних і магнітних хвиль. До останньогодесятиліття XIX століття в теорії Максвелла не було, здавалося, ніякихпротиріч.

У 1887 році Герц помітив, що світло, особливо ультрафіолетові промені,заряджали металеві поверхні електрикою. Томсон довів, щопозитивний заряд на поверхні металу був наслідком миттєвоговипускання їм негативно заряджених електронів.

Альберт Ейнштейн був єдиним фізиком, зрозумівши, що в цьому таїлосяпротиріччя, що хвильова теорія світла не може дозволити. У 1905 роцівін висловив припущення, що фотоелектричний ефект можна пояснити,тільки повернувшись до нової теорії світла, до якої слідвнести деякі важливі зміни.

На думку Ейнштейна, суперечність полягала в наступному: чим більшесвітла падає на металеву поверхню, тим більше виділяєтьсяелектронів; однак енергія кожного окремого електрона зі зміноюінтенсивності світла не змінюється, хоча, за теорією Максвелла, інтенсивністьсвітла служить мірилом його енергії.

Ейнштейн запропонував таке пояснення: промінь світла складається з потокукрихітних корпускул, кожна з яких несе певну енергію. Енергіякорпускули пропорційна кольору, або, висловлюючись класичною мовою,частоті світла, а не його амплітуді, як заявляв Максвелл. Коли світло падаєна тверда речовина, деякі з ейнштейнівської корпускул енергіїпоглинаються. Кількість поглинається енергії в деяких випадках виявляєтьсянастільки великим, що електрони отримують можливість залишити атоми, вяких вони знаходилися. Енергія цих звільнених "фотоелектронів" повиннатому бути абсолютно рівною енергії спійманих корпускул світла, званих
"Квантами", мінус кількість енергії, потрібної для того, щоб вирватиелектрони з атомів.

Це останнє кількість, "робота виходу", може бути безпосередньообмірюване.

Ейнштейн повідомить про це у формі рівняння, в якому була встановленазв'язок між швидкістю вилетів електрона, енергією спійманого квантасвітла і з роботою виходу ".

" Така корпускулярна теорія, говорив Міллікен, - не була підтвердженаекспериментально, за винятком спостережень, проведених Ленард в 1900році і зводиться до того, що енергія, з якою електрони вилітають зцинкової платівки, здається, не залежить від інтенсивності світла. Я думаю,правильно буде сказати, що думка Ейнштейна про кванти світла, що мчать впросторі у формі імпульсів, або, як ми називаємо їх тепер, "фотонів",приблизно до 1915 року не мала практично ні одного переконаногоприхильника.

Тоді, на тих ранніх етапах, навіть сам Ейнштейн не отстеАИВА цю думку здостатньою рішучістю і визначеністю ".

Міллікен теж далеко не був переконаний в правоті Ейнштейна, але, оскількилабораторія в Чикаго, керована Майкельсона, проводила дуже багатоекспериментів, заснованих на хвильової теорії світла, Міллікен вирішив раз іназавжди перевірити гіпотезу Ейнштейна.

"Як тільки я повернувся до своєї лабораторії восени 1912 року, - писав
Міллікен, - я приступив до конструювання нового апарату, за допомогоюякого можна було б отримати переконливе рішення проблеми цьогофотоелектричного рівняння Ейнштейна. Я майже не сподівався, що рішення,якщо тільки я його отримаю, буде позитивним. Але питання було надзвичайноважливим, і знайти якесь рішення було необхідно. Я почав фотоелектричнідослідження в жовтні 1912 року, і вони зайняли практично весь мій час,коли я це досліджень протягом наступних трьох років ".

Усі труднощі зводилася до того, щоб визначити, в яку залежністьзнаходиться енергія від кольору, або частоти. Ейнштейн говорив, що цязалежність була прямою: енергія дорівнює частоті, помноженої на певнийчисло. Це "певне число" було постійним для будь-якого паста. Вономало бути природного константою. Ейнштейн застосовуючи для цього числапозначення h з поваги до свого колеги Максу Планку.

За кілька років до цього Макс Планк першим зумів вирішити теоретичнупроблему в області радіації, довільно замінивши у формулі член,позначає енергію, іншим членом, в який входили позначення частотиі цієї самої постійної величини. Планк позначив цю величину через h ірозглядав всю операцію лише як зручний математичний прийом, якийдопоміг йому вирішити завдання. Ейнштейн ж побачив, що Планк мимоволі зробивзначно більше. За допомогою "математичного прийому" Планка проблемавирішувалася - значить, він точно відбивав справжній стан речей.

Ейнштейн надав цьому прийому буквальне значення, і його фотоелектричнерівняння стало першим безпосереднім застосуванням нової квантової теорії.
Міллікен вирішив перевірити теорію Ейнштейна, спробувавши отримати відповіді нанаступні три питання:
1. Чи справді енергія кванта світла дорівнює частоті світла, взятої hраз?
2. Чи є число h дійсно постійною величиною для всіхквітів?
3. Чи відповідає фотоелектричне рівняння Ейнштейна того, що маємісце в природі?

Для дослідів Міллікен сконструював оригінальний апарат, який вінпізніше назвав "вакуумної перукарні". У скляну вакуумну камеру вінпомістив поворотний диск. Цей диск можна було повертати за допомогоюмагніту, розташованого за межами камери. З трьох сторін на дискузнаходилися невеликі кількості трьох металів, що відрізняються високоюактивністю, - натрію, калію і літію, кожен реагував на світ лишеоднієї певної частоти.

Внаслідок того, що успіх експерименту величезною мірою залежав відхарактеру поверхні кожного з металевих зразків, у камеру булотакож надається невелике пр