فوائد العلم ليست مادية فحسب. الحقائق التي يعلمها العلم ذات اهتمام مشترك في جميع أنحاء العالم. لغة العلم عالمية، وهي قوة قوية في تقريب شعوب العالم من بعضها البعض.
Arthur Holly Compton كان فيزيائياً أمريكياً فاز بجائزة نوبل للفيزياء عام 1927 لاكتشافه تأثير Compton عام 1923، والذي أثبت الطبيعة الجزيئية للإشعاع الكهرومغناطيسي. كان اكتشافاً مثيراً للإعجاب في ذلك الوقت: فقد تم إثبات الطبيعة الموجية للضوء بشكل جيد، لكن فكرة أن الضوء له خصائص موجية وجزيئية معاً لم يتم قبولها بسهولة. كما اشتهر بقيادته للمختبر المعادني للمشروع Manhattan في جامعة Chicago، وعمل كمستشار في جامعة Washington في St. Louis من 1945 إلى 1953.
في عام 1919، حصل Compton على واحدة من أول منحتين من زمالات National Research Council التي سمحت للطلاب بالدراسة في الخارج. اختار الذهاب إلى مختبر Cavendish في جامعة Cambridge في England، حيث درس تشتت وامتصاص أشعة جاما. أدى المزيد من البحث على هذه الخطوط إلى اكتشاف تأثير Compton. استخدم الأشعات السينية للتحقيق في المغناطيسية الحديدية، واستنتج أنها نتيجة محاذاة دورات الإلكترون، وادرس الأشعات الكونية، واكتشف أنها تتكون بشكل أساسي من جزيئات موجبة الشحنة.
خلال الحرب العالمية الثانية، كان Compton شخصية رئيسية في مشروع Manhattan الذي طور أول أسلحة نووية. كانت تقاريره مهمة في إطلاق المشروع. في عام 1942، أصبح رئيس المختبر المعادني، مع مسؤولية إنتاج مفاعلات نووية لتحويل اليورانيوم إلى البلوتونيوم، وإيجاد طرق لفصل البلوتونيوم عن اليورانيوم وتصميم قنبلة ذرية. أشرف Compton على إنشاء Enrico Fermi لـ Chicago Pile-1، أول مفاعل نووي، الذي أصبح حرجاً في 2 ديسمبر 1942. كان المختبر المعادني مسؤولاً أيضاً عن تصميم وتشغيل مفاعل X-10 Graphite في Oak Ridge، Tennessee. بدأ إنتاج البلوتونيوم في مفاعلات Hanford Site عام 1945.
بعد الحرب، أصبح Compton مستشاراً في جامعة Washington في St. Louis. خلال فترة ولايته، قامت الجامعة بإلغاء الفصل العنصري رسمياً في أقسامها الجامعية، وسمت أول أستاذة كاملة، وسجلت رقماً قياسياً من الطلاب بعد عودة المحاربين القدماء من الحرب إلى الولايات المتحدة.
الحياة المبكرة
وُلد Arthur Compton في 10 سبتمبر 1892، في Wooster، Ohio، لوالديه Elias و Otelia Catherine née Augspurger Compton، التي تم تسميتها الأم الأمريكية للعام عام 1939. كانوا عائلة أكاديمية. كان Elias عميداً في جامعة Wooster لاحقاً College of Wooster، التي حضرها Arthur أيضاً. أخوه الأكبر Arthur، Karl، الذي حضر أيضاً Wooster، حصل على درجة دكتوراه في الفيزياء من جامعة Princeton عام 1912، وكان رئيس معهد Massachusetts Institute of Technology من 1930 إلى 1948. أخوه الثاني Wilson حضر Wooster أيضاً، وحصل على درجة الدكتوراه في الاقتصاد من Princeton عام 1916 وكان رئيساً لـ State College of Washington، لاحقاً Washington State University من 1944 إلى 1951. كان جميع الأخوة الثلاثة أعضاء في أخوية Alpha Tau Omega.
كان Compton في البداية مهتماً بالفلك، وألتقط صورة لمذنب Halley في عام 1910. حوالي عام 1913، وصف تجربة حيث أظهر فحص حركة الماء في أنبوب دائري دوران الأرض. في تلك السنة، تخرج من Wooster بدرجة بكالوريوس العلوم ودخل Princeton، حيث حصل على درجة الماجستير عام 1914. ثم درس Compton للحصول على درجة الدكتوراه في الفيزياء تحت إشراف Hereward L. Cooke، وكتب أطروحته عن The Intensity of X-Ray Reflection, and the Distribution of the Electrons in Atoms.
عندما حصل Arthur Compton على درجة الدكتوراه عام 1916، أصبح هو و Karl و Wilson أول مجموعة من ثلاثة أخوة يحصلون على درجات الدكتوراه من Princeton. لاحقاً، أصبحوا أول ثلاثية من هذا القبيل يترأسون الكليات الأمريكية في نفس الوقت. تزوجت أختهم Mary من مبشر، C. Herbert Rice، الذي أصبح مدير Forman Christian College في Lahore. في يونيو 1916، تزوج Compton بـ Betty Charity McCloskey، زميلته في Wooster وزميلة التخرج. كان لديهما ابنان، Arthur Alan Compton و John Joseph Compton.
قضى Compton سنة كمدرس فيزياء في جامعة Minnesota في 1916-17، ثم سنتين كمهندس بحث مع شركة Westinghouse Lamp في Pittsburgh، حيث عمل على تطوير مصباح الصوديوم البخاري. خلال الحرب العالمية الأولى طور أجهزة الطائرات لـ Signal Corps.
في عام 1919، حصل Compton على واحدة من أول منحتين من زمالات National Research Council التي سمحت للطلاب بالدراسة في الخارج. اختار الذهاب إلى مختبر Cavendish في جامعة Cambridge في England. بالعمل مع George Paget Thomson، ابن J. J. Thomson، درس Compton تشتت وامتصاص أشعة جاما. لاحظ أن الأشعات المشتتة كانت تمتص بسهولة أكثر من المصدر الأصلي. تأثر Compton بشكل كبير بعلماء Cavendish، خاصة Ernest Rutherford و Charles Galton Darwin و Arthur Eddington، وفي النهاية أطلق على ابنه الثاني اسم J. J. Thomson.
كان Compton شماساً في كنيسة معمدانية لفترة من الوقت. "لا يمكن للعلم أن يكون لديه أي نزاع"، قال، "مع دين يفترض إلهاً يكون الرجال بمثابة أطفاله."
الحياة المهنية
تأثير Compton
عائداً إلى الولايات المتحدة، تم تعيين Compton أستاذ Wayman Crow للفيزياء، ورئيس قسم الفيزياء في جامعة Washington في St. Louis في عام 1920. في عام 1922، وجد أن كوانتا الأشعة السينية المشتتة بواسطة الإلكترونات الحرة كانت لها أطوال موجية أطول و، وفقاً لعلاقة Planck، طاقة أقل من الأشعة السينية الواردة، حيث تم نقل الطاقة الزائدة إلى الإلكترونات. يُعرف هذا الاكتشاف باسم "تأثير Compton" أو "تشتت Compton"، وأثبت المفهوم الجزيئي للإشعاع الكهرومغناطيسي.
في عام 1923، نشر Compton ورقة في Physical Review شرحت انزياح الأشعة السينية من خلال نسب زخم شبيه بالجزيء إلى الفوتونات، شيء استخدمه Einstein لشرح التأثير الكهروضوئي الحائز على جائزة نوبل عام 1905. تم افتراضها لأول مرة من قبل Max Planck عام 1900، وتم تصورها كعناصر من الضوء "كممية" من خلال احتوائها على كمية محددة من الطاقة تعتمد فقط على تردد الضوء. في ورقته، اشتق Compton العلاقة الرياضية بين التحول في الطول الموجي وزاوية تشتت الأشعة السينية من خلال افتراض أن كل فوتون أشعة سينية مشتتة يتفاعل مع إلكترون واحد فقط. تنتهي ورقته بالإبلاغ عن تجارب تحقق من علاقته المشتقة:
يُعرف الكمية h⁄mec باسم الطول الموجي Compton للإلكترون؛ وهو يساوي 2.43×10−12 m. يقع انزياح الطول الموجي λ′ − λ بين صفر لـ θ = 0° والطول الموجي Compton للإلكترون مرتين لـ θ = 180°. وجد أن بعض الأشعة السينية لم تشهد انزياحاً في الطول الموجي على الرغم من تشتتها بزوايا كبيرة؛ في كل من هذه الحالات فشل الفوتون في طرد إلكترون. وبالتالي فإن حجم الانزياح لا يرتبط بالطول الموجي Compton للإلكترون، بل بالطول الموجي Compton للذرة بأكملها، والذي يمكن أن يكون أصغر بـ 10000 مرة.
"عندما قدمت نتائجي في اجتماع للجمعية الفيزيائية الأمريكية في عام 1923،" كما تذكر Compton لاحقاً، "بدأت أكثر نزاع علمي متنازع عليه أعرفه على الإطلاق." تم إثبات الطبيعة الموجية للضوء بشكل جيد، وفكرة أنه يمكن أن يكون له طبيعة ثنائية لم يتم قبولها بسهولة. كان من المهم بشكل خاص أن الانحراف في شبكة بلورية لا يمكن تفسيره إلا بالإشارة إلى طبيعته الموجية. حقق Compton جائزة نوبل للفيزياء عام 1927. طور Compton و Alfred W. Simon الطريقة لملاحظة الفوتونات المشتتة من الأشعة السينية والإلكترونات الارتدادية في نفس اللحظة. في Germany، طور Walther Bothe و Hans Geiger بشكل مستقل طريقة مماثلة.
الأشعات السينية
في عام 1923، انتقل Compton إلى جامعة Chicago كأستاذ للفيزياء، وهي منصب كان سيشغله للسنوات الـ 22 التالية. في عام 1925، أثبت أن تشتت أشعة سينية بقوة 130000 فولت من أول ستة عشر عنصر في الجدول الدوري الهيدروجين عبر الكبريت كانت مستقطبة، وهي نتيجة توقعها J. J. Thomson. قاد William Duane من جامعة Harvard جهداً لإثبات أن تفسير Compton لتأثير Compton كان خاطئاً. أجرى Duane سلسلة من التجارب لدحض Compton، لكنه وجد بدلاً من ذلك أدلة على أن Compton كان محقاً. في عام 1924، اعترف Duane بأن هذا كان هو الحال.
حقق Compton في تأثير الأشعة السينية على نوى الصوديوم والكلور في الملح. استخدم الأشعات السينية للتحقيق في المغناطيسية الحديدية، واستنتج أنها نتيجة محاذاة دورات الإلكترون. في عام 1926، أصبح مستشاراً لقسم المصابيح في General Electric. في عام 1934، عاد إلى England كأستاذ زائر Eastman في جامعة Oxford. في أثناء وجوده هناك، طلبت منه General Electric تقديم تقرير عن الأنشطة في مختبر البحث بـ General Electric Company plc في Wembley. كان Compton مهتماً بإمكانيات البحث هناك في مصابيح الفلورسنت. دفعت تقريره إلى برنامج بحثي في America طوره.
كتاب Compton الأول، X-Rays and Electrons، نُشر في عام 1926. أظهر فيه كيفية حساب كثافة المواد المنحرفة من أنماط انحراف الأشعة السينية. قام بمراجعة كتابه بمساعدة Samuel K. Allison لإنتاج X-Rays in Theory and Experiment عام 1935. بقي هذا العمل مرجعاً قياسياً للثلاثة عقود التالية.
الأشعات الكونية
بحلول أوائل الثلاثينيات، أصبح Compton مهتماً بالأشعات الكونية. في ذلك الوقت، كان معروفاً وجودها لكن أصلها وطبيعتها ظلت تخمينية. يمكن الكشف عن وجودها باستخدام "قنبلة" كروية تحتوي على هواء مضغوط أو غاز الأرجون وقياس التوصيل الكهربائي له. أتاحت الرحلات إلى Europe و India و Mexico و Peru و Australia ل Compton الفرصة لقياس الأشعات الكونية على ارتفاعات ودرجات عرض مختلفة. جنباً إلى جنب مع مجموعات أخرى أجرت ملاحظات حول العالم، وجدوا أن الأشعات الكونية كانت بنسبة 15٪ أكثر كثافة في القطبين منها عند خط الاستواء. أرجع Compton هذا إلى تأثير الأشعات الكونية التي تتكون بشكل أساسي من جزيئات مشحونة، بدلاً من الفوتونات كما اقترح Robert Millikan، مع أن تأثير العرض يكون بسبب المجال المغناطيسي للأرض.
مشروع Manhattan
في أبريل 1941، أنشأ Vannevar Bush، رئيس لجنة الدفاع الوطني الحربية NDRC، لجنة خاصة برئاسة Compton للإبلاغ عن برنامج NDRC اليورانيوم. توقعت تقرير Compton، الذي تم تقديمه في مايو 1941، احتمالات تطوير أسلحة إشعاعية والدفع النووي للسفن والأسلحة النووية باستخدام اليورانيوم-235 أو البلوتونيوم المكتشف مؤخراً. في أكتوبر، كتب تقرير آخر حول جدوى قنبلة ذرية. لهذا التقرير، عمل مع Enrico Fermi على حسابات الكتلة الحرجة لليورانيوم-235، حيث قدر بحذر أنها تكون بين 20 كيلوغرام 44 رطل و2 طن 2.0 أطنان طويلة؛ 2.2 طن قصير. كما ناقش احتمالات تخصيب اليورانيوم مع Harold Urey، وتحدث مع Eugene Wigner حول كيفية إنتاج البلوتونيوم في مفاعل نووي، ومع Robert Serber حول كيفية فصل البلوتونيوم المنتج في مفاعل عن اليورانيوم. أفاد تقريره، المقدم في نوفمبر، بأن قنبلة كانت ممكنة، على الرغم من أنه كان أكثر تحفظاً بشأن قوتها المدمرة من Mark Oliphant وزملاؤه البريطانيون.
المسودة النهائية من تقرير Compton لشهر نوفمبر لم تذكر استخدام البلوتونيوم، لكن بعد مناقشة أحدث الأبحاث مع Ernest Lawrence، اقتنع Compton بأن قنبلة البلوتونيوم كانت أيضاً ممكنة. في ديسمبر، تم تعيين Compton رئيساً لمشروع البلوتونيوم. آمل أن يحقق تفاعل
