الامتلاء من المعرفة يعني دائماً فهماً لأعماق جهلنا؛ وهذا يؤدي دائماً إلى التواضع والإجلال.
Robert Andrews Millikan كان فيزيائياً تجريبياً أمريكياً حاز على جائزة نوبل للفيزياء عام 1923 لقياسه الشحنة الكهربائية الأولية ولعمله على التأثير الكهروضوئي.
تخرج Millikan من كلية Oberlin عام 1891 وحصل على درجة الدكتوراه من جامعة Columbia عام 1895. في عام 1896 أصبح مساعداً في جامعة Chicago، حيث أصبح أستاذاً كاملاً عام 1910. في عام 1909 بدأ Millikan سلسلة من التجارب لتحديد الشحنة الكهربائية التي يحملها إلكترون واحد. بدأ بقياس مسار قطرات الماء المشحونة في مجال كهربائي. أشارت النتائج إلى أن الشحنة على القطرات تمثل مضاعفات الشحنة الكهربائية الأولية، لكن التجربة لم تكن دقيقة بما يكفي لتكون مقنعة. حصل على نتائج أكثر دقة عام 1910 من خلال تجربة القطرة الزيتية الشهيرة التي استبدل فيها الماء الذي كان يميل إلى التبخر بسرعة كبيرة بالزيت.
في عام 1914 تولى Millikan بنفس المهارة التحقق التجريبي من المعادلة التي قدمها Albert Einstein عام 1905 لوصف التأثير الكهروضوئي. استخدم هذا البحث نفسه للحصول على قيمة دقيقة لثابت Planck. في عام 1921 غادر Millikan جامعة Chicago ليصبح مديراً لمختبر Norman Bridge للفيزياء في معهد California للتكنولوجيا Caltech في Pasadena، كاليفورنيا. هناك تولى دراسة رئيسية للإشعاع الذي كان الفيزيائي Victor Hess قد اكتشفه قادماً من الفضاء الخارجي. أثبت Millikan أن هذا الإشعاع هو بالفعل من أصل خارج أرضي، وأطلق عليه اسم "الأشعة الكونية". كرئيس للمجلس التنفيذي لمعهد Caltech الهيئة الحاكمة للمدرسة في ذلك الوقت من عام 1921 حتى تقاعده عام 1945، ساعد Millikan في تحويل المدرسة إلى إحدى المؤسسات البحثية الرائدة في الولايات المتحدة. كما خدم في مجلس إدارة Science Service، المعروف الآن باسم Society for Science & the Public، من عام 1921 إلى 1953.
السيرة الذاتية
التعليم
وُلد Robert Andrews Millikan في 22 مارس 1868 في Morrison، إلينويس. التحق بالمدرسة الثانوية في Maquoketa، آيوا وحصل على درجة البكالوريوس في الدراسات الكلاسيكية من كلية Oberlin عام 1891 ودكتوراه في الفيزياء من جامعة Columbia عام 1895 – وكان أول من حصل على درجة الدكتوراه من هذا القسم.
في نهاية سنتي الدراسية الثانية [...] طلب مني أستاذ اليونانية [...] أن أدرّس المقرر الخاص بفيزياء ابتدائية في القسم التحضيري في السنة التالية. عندما أجبت بأنني لا أعرف شيئاً عن الفيزياء على الإطلاق، كان جوابه: "أي شخص يستطيع أن يؤدي جيداً في اليونانية الخاصة بي يمكنه تدريس الفيزياء". قلت: "حسناً، سيتعين عليك أن تتحمل العواقب، لكنني سأحاول ورؤية ما يمكنني القيام به بها". اشتريت على الفور نسخة من Elements of Physics من Avery، وقضيت معظم إجازة الصيف عام 1889 في البيت – محاولاً إتقان الموضوع. [...] أشك في أنني درّست بشكل أفضل في حياتي من مقرري الفيزياء الأول عام 1889. كنت مهتماً جداً بإبقاء معرفتي متقدمة على معرفة الفصل بحيث قد يكونون قد التقطوا بعض اهتمامي وحماسي.
استمر حماس Millikan للتعليم طوال حياته المهنية، وكان المؤلف المشارك في سلسلة شهيرة ومؤثرة من الكتب المدرسية التمهيدية، كانت متقدمة على عصرها بعدة طرق. وبالمقارنة مع الكتب الأخرى من ذلك الوقت، عالجت الموضوع بالطريقة التي كان يفكر بها الفيزيائيون. كما أنها تضمنت العديد من مشاكل الواجب المنزلي التي طرحت أسئلة مفاهيمية، بدلاً من مجرد مطالبة الطالب بإدراج الأرقام في صيغة.
شحنة الإلكترون
بدءاً من عام 1908، وبينما كان أستاذاً في جامعة Chicago، عمل Millikan على تجربة القطرة الزيتية التي قاس فيها الشحنة على إلكترون واحد. كان J. J. Thomson قد اكتشف بالفعل نسبة الشحنة إلى الكتلة للإلكترون. ومع ذلك، كانت قيم الشحنة والكتلة الفعلية غير معروفة. لذلك، إذا تم اكتشاف إحدى هاتين القيمتين، يمكن حساب الأخرى بسهولة. استخدم Millikan وطالبه الدراسات العليا آنذاك Harvey Fletcher تجربة القطرة الزيتية لقياس شحنة الإلكترون وكذلك كتلة الإلكترون، وعدد Avogadro، حيث كانت علاقتهما بشحنة الإلكترون معروفة.
استحوذ الأستاذ Millikan على الفضل الكامل، مقابل مطالبة Harvey Fletcher بالأيدي الكاملة على نتيجة ذات صلة لأطروحته. انتقل Millikan ليفوز بجائزة نوبل للفيزياء عام 1923، جزئياً لهذا العمل، وحافظ Fletcher على السرية حتى وفاته. بعد نشر على نتائجه الأولى عام 1910، بدأت الملاحظات المتناقضة من Felix Ehrenhaft خلافاً بين الفيزيائيين. بعد تحسين إعداده، نشر Millikan دراسته الأساسية عام 1913.
الشحنة الأولية هي أحد الثوابت الفيزيائية الأساسية، والمعرفة الدقيقة بقيمتها ذات أهمية كبيرة. قاست تجربته القوة على قطرات صغيرة مشحونة من الزيت معلقة ضد الجاذبية بين قطبين معدنيين. معرفة المجال الكهربائي، يمكن تحديد الشحنة على القطرة. بتكرار التجربة على قطرات عديدة، أظهر Millikan أنه يمكن تفسير النتائج كمضاعفات صحيحة لقيمة مشتركة 1.592 × 10−19 كولوم، وهي شحنة إلكترون واحد. أن هذا أقل بعض الشيء من القيمة الحديثة 1.602 176 5314 x 10−19 كولوم ربما يكون بسبب استخدام Millikan لقيمة غير دقيقة لمعامل اللزوجة في الهواء.
على الرغم من أنه في وقت تجارب Millikan للقطرة الزيتية كان من الواضح أن هناك أشياء تسمى جزيئات دون ذرية، لم يكن الجميع مقتنعين. في تجربته مع أشعة الكاثود عام 1897، اكتشف J. J. Thomson "جسيمات" سالبة الشحنة، كما أطلق عليها اسماً، بنسبة شحنة إلى كتلة تبلغ 1840 مرة من أيون الهيدروجين. تم العثور على نتائج مماثلة من قبل George FitzGerald و Walter Kaufmann. معظم ما كان معروفاً حينها عن الكهرباء والمغناطيسية، يمكن تفسيره بناءً على أن الشحنة متغير مستمر؛ بنفس الطريقة التي يمكن بها تفسير الكثير من خصائص الضوء بمعاملته كموجة مستمرة بدلاً من تيار من الفوتونات.
جمال تجربة القطرة الزيتية أنها، بالإضافة إلى السماح بتحديد دقيق بما يكفي للوحدة الأساسية للشحنة، وفرت جهاز Millikan أيضاً توضيحاً "عملياً" بأن الشحنة مكممة فعلاً. أصبح Charles Steinmetz من شركة General Electric، الذي كان يعتقد سابقاً أن الشحنة متغير مستمر، مقتنعاً بخلاف ذلك بعد العمل مع جهاز Millikan.
جدل اختيار البيانات
هناك نوع من الخلاف حول الانتقائية في استخدام Millikan للنتائج من تجربته الثانية لقياس شحنة الإلكترون. تمت مناقشة هذه المسألة من قبل Allan Franklin، وهو فيزيائي تجريبي عالي الطاقة سابق وفيلسوف علم حالي في جامعة University of Colorado. يؤكد Franklin أن استثناءات Millikan للبيانات لا تؤثر على القيمة النهائية للشحنة التي تم الحصول عليها، لكن "الجراحة التجميلية" الجوهرية لـ Millikan قللت من الخطأ الإحصائي. وهذا مكّن Millikan من إعطاء شحنة الإلكترون بأفضل من نصف بالمائة واحدة؛ في الواقع، إذا كان Millikan قد أدرج جميع البيانات التي تخلص منها، فإن الخطأ كان سيكون أقل من 2%. بينما كان هذا سيؤدي بعد ذلك إلى أن يكون Millikan قد قاس شحنة e− بشكل أفضل من أي شخص آخر في ذلك الوقت، قد تسمح عدم اليقين الأكبر بقليل بمزيد من الاختلاف مع نتائجه داخل مجتمع الفيزياء، الذي حاول Millikan على الأرجح تجنبه. يجادل David Goodstein بأن بيان Millikan، بأن جميع القطرات المرصودة خلال فترة ستين يوماً تم استخدامها في الورقة، تم توضيحها في جملة لاحقة حددت جميع القطرات التي "تمت عليها سلسلة كاملة من الملاحظات". يؤكد Goodstein أن هذا هو الحال فعلاً ويلاحظ أن خمس صفحات من الجداول تفصل بين الجملتين.
التأثير الكهروضوئي
عندما نشر Einstein ورقته الأساسية عام 1905 حول نظرية الجسيمات للضوء، كان Millikan مقتنعاً بأنها يجب أن تكون خاطئة، بسبب الجسم الضخم من الأدلة التي أظهرت بالفعل أن الضوء موجة. تولى برنامجاً تجريبياً يستمر عقداً من الزمن لاختبار نظرية Einstein، الذي تطلب بناء ما وصفه بـ "ورشة عمل في الفراغ" من أجل تحضير سطح معدني نظيف جداً لكاشف الصور. أكدت نتائجه المنشورة عام 1914 التنبؤات الخاصة بـ Einstein في كل التفاصيل، لكن Millikan لم يكن مقتنعاً بتفسير Einstein، وحتى عام 1916 كتب: "معادلة Einstein الكهروضوئية... لا يمكن في رأيي أن تُعتبر حالياً كقائمة على أي نوع من الأساس النظري المرضي"، على الرغم من أنها "تمثل بدقة جداً السلوك" للتأثير الكهروضوئي. في سيرته الذاتية لعام 1950، إلا أنه أعلن ببساطة أن عمله "بالكاد يسمح بأي تفسير آخر غير ذلك الذي اقترحه Einstein في الأصل، أي نظرية شبه الجسيمية أو نظرية الفوتون للضوء نفسه".
نظراً لأن عمل Millikan شكّل بعض الأساس لفيزياء الجسيمات الحديثة، فمن الفيروني أنه كان محافظاً بدلاً من ذلك في آرائه حول تطورات الفيزياء في القرن العشرين، كما في حالة نظرية الفوتون. مثال آخر هو أن كتابه المدرسي، في نسخة عام 1927 المتأخرة، ينص بوضوح على وجود الأثير، ويذكر نظرية Einstein النسبية فقط في ملاحظة غير ملزمة في نهاية التسمية التوضيحية تحت صورة Einstein، محدداً كالأخيرة في قائمة الإنجازات أنه كان "صاحب النظرية النسبية الخاصة عام 1905 والنظرية النسبية العامة عام 1914، وكلاهما حقق نجاحاً كبيراً في شرح الظواهر غير المفسرة وفي التنبؤ بظواهر جديدة".
يُنسب إلى Millikan أيضاً قياس قيمة ثابت Planck باستخدام رسوم بيانية للانبعاث الكهروضوئي من معادن مختلفة.
الحياة اللاحقة
في عام 1917، أقنع عالم الفلك الشمسي George Ellery Hale برنامج Millikan ليبدأ في قضاء عدة أشهر من كل سنة في كلية Throop للتكنولوجيا، وهي مؤسسة أكاديمية صغيرة في Pasadena، كاليفورنيا، والتي كان Hale يود تحويلها إلى مركز رئيسي للبحث العلمي والتعليم. بعد سنوات قليلة، أصبحت كلية Throop معهد California للتكنولوجيا Caltech، وغادر Millikan جامعة Chicago من أجل أن يصبح "رئيس المجلس التنفيذي" لـ Caltech بمثابة رئيسه. كان Millikan يخدم في هذا المنصب من عام 1921 إلى 1945. في Caltech ركز معظم أبحاثه العلمية على دراسة "الأشعة الكونية" وهي فترة استخدمها لأول مرة. في الثلاثينيات، دخل في جدل مع Arthur Compton حول ما إذا كانت الأشعة الكونية تتكون من فوتونات عالية الطاقة وجهة نظر Millikan أو جزيئات مشحونة وجهة نظر Compton. اعتقد Millikan أن فوتونات الأشعة الكونية الخاصة به كانت "صرخات الولادة" من ذرات جديدة يتم إنشاؤها باستمرار لمواجهة الإنتروبيا ومنع موت الحرارة في الكون. سيثبت Compton في النهاية أنه محق من خلال الملاحظة بأن الأشعة الكونية ينحرف عن طريق المجال المغناطيسي للأرض وبالتالي يجب أن تكون جزيئات مشحونة.
كان Robert Millikan نائب رئيس المجلس الوطني للبحوث خلال الحرب العالمية الأولى. خلال تلك الفترة، ساعد في تطوير أجهزة مكافحة الغواصات والأجهزة الأرصادية. تلقى Order of Jade الصيني. بعد الحرب، ساهم Millikan في أعمال لجن
.jpg)
