과학의 이점은 물질적인 것만이 아닙니다. 과학이 가르치는 진리는 전 세계적으로 공통된 관심사입니다. 과학의 언어는 보편적이며, 전 세계 인민을 더 가깝게 만드는 강력한 힘입니다.
Arthur Holly Compton은 1927년 물리학 노벨상을 수상한 미국의 물리학자로, 1923년 전자기 복사의 입자적 성질을 입증한 Compton 효과를 발견했습니다. 당시에는 획기적인 발견이었습니다. 빛의 파동성은 잘 입증되어 있었지만, 빛이 파동과 입자의 성질을 모두 가진다는 생각은 쉽게 받아들여지지 않았습니다. 그는 또한 University of Chicago의 Manhattan Project의 Metallurgical Laboratory 지도자로서의 역할과 1945년부터 1953년까지 St. Louis의 Washington University 총장을 역임한 것으로도 알려져 있습니다.
1919년, Compton은 학생들이 해외에서 공부할 수 있게 해주는 처음 두 개의 National Research Council Fellowship 중 하나를 수상했습니다. 그는 영국의 University of Cambridge의 Cavendish Laboratory로 가기로 선택했으며, 여기서 감마선의 산란과 흡수를 연구했습니다. 이러한 연구 방향의 추가 연구는 Compton 효과의 발견으로 이어졌습니다. 그는 X선을 사용하여 강자성을 조사하여 전자 스핀의 정렬의 결과라고 결론지었으며, 우주선을 연구하여 주로 양전하를 띤 입자로 구성되어 있음을 발견했습니다.
제2차 세계대전 중, Compton은 첫 번째 핵무기를 개발한 Manhattan Project의 핵심 인물이었습니다. 그의 보고서는 프로젝트 출범에 중요한 역할을 했습니다. 1942년, 그는 Metallurgical Laboratory의 책임자가 되어 우라늄을 플루토늄으로 전환하는 핵반응로를 생산하고, 우라늄에서 플루토늄을 분리하는 방법을 찾으며, 원자폭탄을 설계할 책임을 맡았습니다. Compton은 1942년 12월 2일에 임계 상태에 도달한 첫 번째 핵반응로인 Chicago Pile-1의 Enrico Fermi의 개발을 감독했습니다. Metallurgical Laboratory는 또한 Tennessee의 Oak Ridge에 위치한 X-10 Graphite Reactor의 설계 및 운영을 담당했습니다. 플루토늄은 1945년 Hanford Site 반응로에서 생산되기 시작했습니다.
전쟁 후, Compton은 St. Louis의 Washington University 총장이 되었습니다. 그의 재임 기간 동안, 대학은 학부 부서를 공식적으로 통합하고, 첫 번째 여성 정교수를 임명했으며, 전시 베테랑들이 미국으로 돌아온 후 기록적인 수의 학생을 등록했습니다.
초기 생활
Arthur Compton은 1892년 9월 10일 Ohio의 Wooster에서 태어났으며, 부모는 Elias와 1939년 American Mother of the Year로 선정된 Otelia Catherine née Augspurger Compton입니다. 그들은 학문적인 가정이었습니다. Elias는 나중에 College of Wooster가 된 University of Wooster의 학장이었으며, Arthur도 이 대학에 다녔습니다. Arthur의 맏형 Karl은 Wooster에도 다녔으며, 1912년 Princeton University에서 물리학 박사(PhD) 학위를 취득했고, 1930년부터 1948년까지 Massachusetts Institute of Technology의 회장을 역임했습니다. 그의 둘째 형 Wilson도 Wooster에 다녔으며, 1916년 Princeton에서 경제학 박사 학위를 취득했고, 1944년부터 1951년까지 나중에 Washington State University가 된 State College of Washington의 회장을 역임했습니다. 세 형제 모두 Alpha Tau Omega 형제회의 회원이었습니다.
Compton은 초기에 천문학에 관심이 있었으며, 1910년 Halley's Comet의 사진을 찍었습니다. 1913년경, 그는 원형 튜브에서 물의 운동 검사가 지구의 자전을 입증하는 실험을 설명했습니다. 그 해, 그는 Wooster에서 Bachelor of Science 학위로 졸업했고 Princeton에 입학했으며, 1914년 Master of Arts 학위를 취득했습니다. Compton은 이후 Hereward L. Cooke의 감독 하에 물리학 박사 과정을 공부했으며, "The Intensity of X-Ray Reflection, and the Distribution of the Electrons in Atoms"에 관한 논문을 작성했습니다.
Arthur Compton이 1916년 박사 학위를 취득했을 때, 그, Karl, Wilson은 Princeton에서 박사 학위를 취득한 첫 번째 세 형제 그룹이 되었습니다. 나중에, 그들은 동시에 미국 대학들을 이끈 첫 번째 그러한 삼중쌍이 될 것입니다. 그들의 여동생 Mary는 선교사 C. Herbert Rice와 결혼했으며, 그는 Lahore의 Forman Christian College의 교장이 되었습니다. 1916년 6월, Compton은 Wooster의 동급생이자 동기인 Betty Charity McCloskey와 결혼했습니다. 그들은 두 아들, Arthur Alan Compton과 John Joseph Compton을 두었습니다.
Compton은 1916-17년 University of Minnesota에서 물리학 강사로 1년을 보냈고, Pittsburgh의 Westinghouse Lamp Company에서 연구 엔지니어로 2년을 보냈으며, 여기서 나트륨 증기 램프의 개발 작업을 했습니다. 제1차 세계대전 중 그는 Signal Corps를 위해 항공기 계측기를 개발했습니다.
1919년, Compton은 학생들이 해외에서 공부할 수 있게 해주는 처음 두 개의 National Research Council Fellowship 중 하나를 수상했습니다. 그는 영국의 University of Cambridge의 Cavendish Laboratory로 가기로 선택했습니다. J. J. Thomson의 아들인 George Paget Thomson과 함께 일하면서, Compton은 감마선의 산란과 흡수를 연구했습니다. 그는 산란된 광선이 원래 광원보다 더 쉽게 흡수된다는 것을 관찰했습니다. Compton은 특히 Ernest Rutherford, Charles Galton Darwin, Arthur Eddington을 포함한 Cavendish 과학자들에 깊은 인상을 받았으며, 최종적으로 그의 둘째 아들을 J. J. Thomson의 이름으로 명명했습니다.
한때 Compton은 Baptist 교회의 집사였습니다. "과학은 남자들이 그의 자녀인 하나님을 가정하는 종교와 싸울 수 없습니다."라고 그는 말했습니다.
경력
Compton 효과
미국으로 돌아온 Compton은 1920년 St. Louis의 Washington University에서 Wayman Crow 물리학 교수 및 물리학과 학과장으로 임명되었습니다. 1922년, 그는 자유 전자에 의해 산란된 X선 양자가 입사 X선보다 더 긴 파장을 가지며, Planck의 관계식에 따라 더 낮은 에너지를 가지며, 잉여 에너지가 전자에 전달되었음을 발견했습니다. "Compton 효과" 또는 "Compton 산란"으로 알려진 이 발견은 전자기 복사의 입자 개념을 입증했습니다.
1923년, Compton은 Physical Review에 논문을 발표했으며, 이는 X선 변이를 광자에 입자 같은 운동량을 귀속시킴으로써 설명했으며, 이는 Einstein이 1905년 노벨상 수상 설명인 광전 효과에 대해 사용한 것입니다. 처음 Max Planck에 의해 1900년에 제시된 이것들은 빛의 주파수에만 의존하는 특정량의 에너지를 포함함으로써 "양자화된" 빛의 요소로 개념화되었습니다. 그의 논문에서, Compton은 각 산란된 X선 광자가 오직 하나의 전자와 상호작용한다고 가정함으로써 파장 변이와 X선 산란 각도 사이의 수학적 관계를 유도했습니다. 그의 논문은 그의 유도된 관계식을 검증하는 실험에 대해 보도함으로써 끝났습니다:
수량 h⁄mec는 전자의 Compton 파장으로 알려져 있으며, 이는 2.43×10−12 m과 같습니다. 파장 변이 λ′ − λ는 θ = 0°일 때 0과 θ = 180°일 때 전자의 Compton 파장의 두 배 사이에 있습니다. 그는 큰 각도를 통해 산란되었음에도 불구하고 파장 변이를 경험하지 않은 일부 X선을 발견했으며, 이러한 각각의 경우에 광자는 전자를 방출하지 못했습니다. 따라서 변이의 크기는 전자의 Compton 파장이 아니라, 전체 원자의 Compton 파장과 관련이 있으며, 이는 10,000배 이상 더 작을 수 있습니다.
"1923년 American Physical Society의 회의에서 내 결과를 발표했을 때," Compton은 나중에 회상했습니다, "그것은 내가 지금까지 알려진 가장 치열하게 논쟁된 과학적 논쟁을 시작했습니다." 빛의 파동성은 잘 입증되었으며, 그것이 쌍대 성질을 가질 수 있다는 생각은 쉽게 받아들여지지 않았습니다. 특히 결정 격자에서의 회절이 파동성에만 참조하여 설명될 수 있다는 것이 특히 의미가 있었습니다. 그것은 Compton에게 1927년 물리학 노벨상을 안겨주었습니다. Compton과 Alfred W. Simon은 같은 순간에 개별 산란 X선 광자와 반동 전자를 관찰하는 방법을 개발했습니다. 독일에서, Walther Bothe와 Hans Geiger는 독립적으로 유사한 방법을 개발했습니다.
X선
1923년, Compton은 University of Chicago로 물리학 교수로 이사했으며, 이 직책은 다음 22년 동안 차지하게 될 것입니다. 1925년, 그는 주기율표의 처음 열여섯 원소인 수소부터 황까지의 130,000 전압 X선의 산란이 편광되었음을 입증했으며, 이는 J. J. Thomson이 예측한 결과입니다. Harvard University의 William Duane은 Compton의 Compton 효과 해석이 잘못되었음을 증명하기 위한 노력을 주도했습니다. Duane은 Compton을 반박하기 위해 일련의 실험을 수행했지만, 대신 Compton이 옳았다는 증거를 찾았습니다. 1924년, Duane은 이것이 사실임을 인정했습니다.
Compton은 소금의 나트륨과 염소 핵에 대한 X선의 효과를 조사했습니다. 그는 X선을 사용하여 강자성을 조사했으며, 전자 스핀의 정렬의 결과라고 결론지었습니다. 1926년, 그는 General Electric의 Lamp Department의 컨설턴트가 되었습니다. 1934년, 그는 Oxford University의 Eastman 방문 교수로 다시 영국으로 돌아갔습니다. 그곳에서 General Electric은 그에게 Wembley의 General Electric Company plc의 연구소에서의 활동에 대해 보고하도록 요청했습니다. Compton은 형광 램프에 대한 그곳의 연구 가능성에 매료되었습니다. 그의 보고서는 그것을 개발한 미국의 연구 프로그램을 촉발했습니다.
Compton의 첫 번째 책, "X-Rays and Electrons"는 1926년에 출판되었습니다. 여기서 그는 X선 회절 패턴으로부터 회절 물질의 밀도를 계산하는 방법을 보여주었습니다. 그는 Samuel K. Allison의 도움으로 그의 책을 개정하여 "X-Rays in Theory and Experiment" 1935를 제작했습니다. 이 저작은 다음 30년 동안 표준 참고자료로 남아 있었습니다.
우주선
1930년대 초, Compton은 우주선에 관심을 가지게 되었습니다. 당시 그들의 존재는 알려졌지만 그들의 기원과 본질은 추측으로 남아 있었습니다. 그들의 존재는 압축된 공기나 아르곤 가스를 포함하는 구형 "폭탄"을 사용하고 그 전기 전도도를 측정함으로써 감지될 수 있었습니다. 유럽, 인도, 멕시코, 페루, 호주로의 여행은 Compton에게 다양한 고도와 위도에서 우주선을 측정할 수 있는 기회를 주었습니다. 전 세계적으로 관찰을 수행한 다른 그룹들과 함께, 그들은 우주선이 적도보다 극지방에서 15% 더 강하다는 것을 발견했습니다. Compton은 이것을 Robert Millikan이 제안한 광자가 아닌 주로 대전 입자로 구성된 우주선의 효과로 귀속시켰으며, 위도 효과는 지구의 자기장 때문입니다.
Manhattan Project
1941년 4월, 전시 National Defense Research Committee NDRC의 책임자인 Vannevar Bush는 NDRC 우라늄 프로그램에 대해 보고할 Compton을 주장으로 하는 특별위원회를 설립했습니다. 1941년 5월에 제출된 Compton의 보고서는 방사선 무기, 함정을 위한 핵 추진, 우라늄-235 또는 최근에 발견된 플루토늄을 사용한 핵무기 개발의 가능성을 예견했습니다. 10월에 그는 원자폭탄의 실용성에 관한 또 다른 보고서를 작성했습니다. 이 보고서를 위해, 그는 Enrico Fermi와 함께 우라늄-235의 임계 질량 계산에서 일했으며, 이를 20 킬로그램 44 lb과 2 톤 2.0 long tons; 2.2 short tons 사이라고 보수적으로 추정했습니다. 그는 또한 Harold Urey와 우라늄 농축의 전망을 논의했으며, Eugene Wigner와 플루토늄이 핵반응로에서 생산될 수 있는 방법에 대해 이야기했고, Robert Serber와 반응로에서 생산된 플루토늄이 우라늄에서 분리될 수 있는 방법에 대해 이야기했습니다. 11월에 제출된 그의 보고서는 폭탄이 실행 가능하다고 명시했지만, 그는 Mark Oliphant와 그의 영국 동료들보다 그 파괴력에 대해 더 보수적이었습니다.
Compton의 11월 보고서의 최종 초안은 플루토늄 사용에 대한 언급이 없었지만, Ernest Lawrence의 최신 연구를 논의한 후, Compton은 플루토늄 폭탄도 실행 가능하다고 확신했습니다. 12월에, Compton은 플루토늄 프로젝트의 책임자로 배치되었습니다. 그는 1943년 1월까지 제어된 연쇄 반응을 달성하고 1945년 1월까지 폭탄을 보유하기를 희망했습니다. 이 문제를 해결하기 위해, 그는 Columbia University, Princeton University, University of California, Berkeley에서 플루토늄 및 핵반응로 설계에 대해 작업하는 다양한 연구 그룹을 Chicago의 Metallurgical Laboratory로 집중시켰습니다. 그 목표는 우라늄을 플루토늄으로 전환하는 반응로를 생산하고, 우라늄에서 플루토늄을 화학적으로 분리할 방법을 찾으며, 원자폭탄을 설계하고 건설하는 것이었습니다.
