Robert Andrews Millikan

지식의 충만함은 항상 우리의 무지의 깊이에 대한 어느 정도의 이해를 의미하며, 그것은 항상 겸손함과 경외심을 불러일으킵니다.

Robert Andrews Millikan은 1923년 기본 전하의 측정과 광전 효과에 대한 연구로 노벨 물리학상을 수상한 미국의 실험 물리학자입니다.

Millikan은 1891년 Oberlin College를 졸업했고 1895년 Columbia University에서 박사 학위를 받았습니다. 1896년 그는 University of Chicago의 조교가 되었으며, 1910년 정교수가 되었습니다. 1909년 Millikan은 단일 전자가 전달하는 전하를 결정하기 위해 일련의 실험을 시작했습니다. 그는 전기장에서 하전된 물 입자의 경로를 측정함으로써 시작했습니다. 결과는 입자들의 전하가 기본 전하의 배수임을 시사했지만, 그 실험은 설득력 있기에는 정확하지 않았습니다. 1910년 그의 유명한 유적 방울 실험에서 그는 너무 빠르게 증발하는 경향이 있는 물을 기름으로 대체하여 더욱 정확한 결과를 얻었습니다.

1914년 Millikan은 Albert Einstein이 1905년에 광전 효과를 설명하기 위해 도입한 방정식의 실험적 검증을 유사한 능숙함으로 시작했습니다. 그는 이 동일한 연구를 사용하여 Planck 상수의 정확한 값을 얻었습니다. 1921년 Millikan은 University of Chicago를 떠나 California Pasadena의 California Institute of Technology Caltech의 Norman Bridge Laboratory of Physics 소장이 되었습니다. 거기서 그는 물리학자 Victor Hess가 우주 공간에서 오는 것으로 감지한 방사선에 대한 주요 연구를 수행했습니다. Millikan은 이 방사선이 실제로 지구 밖의 기원임을 증명했으며, 그것을 "우주선"이라고 명명했습니다. 1921년부터 1945년 퇴직까지 학교의 통치 기구였던 Caltech의 Executive Council 의장으로서 Millikan은 학교를 미국의 선도적인 연구 기관 중 하나로 변모시키는 데 도움을 주었습니다. 그는 또한 1921년부터 1953년까지 현재 Society for Science & the Public으로 알려진 Science Service의 이사회에서 근무했습니다.

전기

교육

Robert Andrews Millikan은 1868년 3월 22일 Illinois의 Morrison에서 태어났습니다. 그는 Iowa의 Maquoketa에서 고등학교에 다녔고 1891년 Oberlin College에서 고전 학위를 받았으며 1895년 Columbia University에서 물리학 박사 학위를 받았습니다. 그는 그 대학원에서 박사 학위를 받은 첫 번째 사람이었습니다.

내 2학년이 끝날 무렵 [...] 내 그리스어 교수 [...] 는 다음 해에 준비 대학원의 초등 물리학 과정을 가르쳐 달라고 요청했습니다. 나는 전혀 물리학을 모른다는 나의 대답에 그의 대답은 "내 그리스어를 잘할 수 있는 사람이면 물리학을 가르칠 수 있습니다"였습니다. "좋습니다," 나는 말했습니다, "당신은 그 결과를 감수해야 하지만, 나는 그것으로 무엇을 할 수 있을지 시도해 볼 것입니다." 나는 즉시 Avery의 Elements of Physics를 구입했고, 1889년 여름 방학의 대부분을 집에서 그 주제를 습득하려고 노력하면서 보냈습니다. [...] 1889년 내 첫 물리학 과정에서 나보다 더 잘 가르친 적이 있었는지 의심합니다. 나는 내 지식을 반 학생들의 지식보다 앞서 유지하는 데 매우 관심이 있었기 때문에 그들은 나의 관심과 열정 중 일부를 얻었을 수도 있습니다.

Millikan의 교육에 대한 열정은 그의 경력 전반에 걸쳐 계속되었으며, 그는 많은 면에서 시대를 앞선 인기 있고 영향력 있는 입문용 교과서 시리즈의 공동 저자였습니다. 당시의 다른 책들과 비교하면, 그들은 물리학자들에 의해 생각되는 방식으로 주제를 다루었습니다. 그들은 또한 단순히 학생이 숫자를 공식에 대입하도록 요구하기보다는 개념적 질문을 하는 많은 숙제 문제를 포함했습니다.

전자의 전하

1908년부터 University of Chicago의 교수로 재직하던 Millikan은 단일 전자의 전하를 측정한 유적 방울 실험에서 일했습니다. J. J. Thomson은 이미 전자의 전하 대 질량 비를 발견했습니다. 그러나 실제 전하 및 질량 값은 알려지지 않았습니다. 따라서 이 두 값 중 하나가 발견되면 다른 하나는 쉽게 계산할 수 있었습니다. Millikan과 당시 그의 대학원 학생 Harvey Fletcher는 유적 방울 실험을 사용하여 전자의 전하뿐만 아니라 전자 질량과 Avogadro의 수를 측정했으며, 그들의 전자 전하와의 관계는 알려져 있었습니다.

Professor Millikan은 Harvey Fletcher가 그의 학위 논문에 대한 관련 결과의 전체 저작권을 주장하는 대신 단독 신용을 받았습니다. Millikan은 다른 것들 중에서 이 작업을 위해 1923년 노벨 물리학상을 받으러 갔고, Fletcher는 그의 죽음까지 협의를 비밀로 유지했습니다. 1910년 그의 첫 결과에 대한 발표 이후, Felix Ehrenhaft의 모순적인 관찰은 두 물리학자 사이의 논쟁을 시작했습니다. 그의 설정을 개선한 후, Millikan은 1913년에 그의 획기적인 연구를 발표했습니다.

기본 전하는 기본 물리 상수 중 하나이며, 그 값에 대한 정확한 지식은 매우 중요합니다. 그의 실험은 두 금속 전극 사이의 중력에 대항하여 현탁된 작은 하전 기름 입자에 가해지는 힘을 측정했습니다. 전기장을 알면 입자의 전하를 결정할 수 있었습니다. 많은 입자에 대해 실험을 반복하면서, Millikan은 결과를 공통 값 1.592 × 10−19 쿨롱의 정수 배수로 설명할 수 있음을 보였으며, 이는 단일 전자의 전하입니다. 이것이 현대 값 1.602 176 5314 x 10−19 쿨롱보다 다소 낮다는 것은 아마도 Millikan이 공기의 점도에 대해 부정확한 값을 사용했기 때문일 것입니다.

Millikan의 유적 방울 실험 당시에 원자보다 작은 입자 같은 것들이 존재한다는 것이 명확해지고 있었지만, 모두가 확신하지는 않았습니다. 1897년 음극선 실험을 하던 J. J. Thomson은 그가 "입자"라고 부르던 음하전 '소입자'를 발견했으며, 전하 대 질량 비는 수소 이온의 1840배였습니다. George FitzGerald와 Walter Kaufmann도 유사한 결과를 발견했습니다. 그러나 당시 전기와 자기에 대해 알려진 대부분의 것은 전하가 연속 변수라는 기초 위에서 설명될 수 있었습니다. 많은 빛의 특성이 광자 스트림이 아닌 연속 파로 취급하여 설명될 수 있는 것과 거의 같은 방식입니다.

유적 방울 실험의 아름다움은 기본 전하 단위의 상당히 정확한 결정을 허용할 뿐만 아니라 Millikan의 장치가 또한 전하가 실제로 양자화되어 있다는 '직접' 시연을 제공했다는 것입니다. General Electric Company의 Charles Steinmetz는 이전에 전하가 연속 변수라고 생각했지만, Millikan의 장치로 작업한 후에 다르게 확신하게 되었습니다.

데이터 선택 논쟁

Millikan이 전자 전하를 측정하는 그의 두 번째 실험의 결과 사용에서 선택성에 대한 논쟁이 있습니다. 이 문제는 전 고에너지 실험가이자 현재 University of Colorado의 과학 철학자인 Allan Franklin에 의해 논의되었습니다. Franklin은 Millikan의 데이터 제외가 얻은 전하의 최종 값에 영향을 주지 않는다고 주장하지만, Millikan의 실질적인 "미용 수술"은 통계 오차를 감소시켰습니다. 이것은 Millikan이 전자의 전하를 1%의 절반보다 더 낮은 오차로 제시할 수 있게 했습니다. 실제로 Millikan이 버린 모든 데이터를 포함했다면, 오차는 2% 미만이었을 것입니다. 이것은 여전히 Millikan이 당시 다른 누구보다 전자의 전하를 더 잘 측정했을 것이지만, 약간 더 큰 불확실성은 물리학 커뮤니티 내에서 그의 결과에 대한 더 많은 불일치를 허용했을 수 있으며, 이는 Millikan이 피하려고 했을 가능성이 높습니다. David Goodstein은 Millikan의 진술, 즉 60일 기간 동안 관찰된 모든 방울이 논문에 사용되었다는 것이 후속 문장에서 명확히 되었다고 주장하며, 이는 완전한 일련의 관찰이 이루어진 모든 "방울"을 지정했습니다. Goodstein은 이것이 실제로 그렇다는 것을 증명하고 두 문장을 분리하는 5페이지의 표가 있음을 주목합니다.

광전 효과

Einstein이 빛의 입자 이론에 대한 획기적인 1905년 논문을 발표했을 때, Millikan은 빛이 파동이었음을 이미 보여준 광범위한 증거 때문에 그것이 틀렸을 것이라고 확신했습니다. 그는 Einstein의 이론을 테스트하기 위해 10년간의 실험 프로그램을 수행했으며, 이는 그가 "vacuo의 기계 공장"이라고 설명한 것을 구축해야 했으며, 광전 전극의 매우 깨끗한 금속 표면을 준비하기 위해서였습니다. 1914년 발표된 그의 결과는 모든 세부 사항에서 Einstein의 예측을 확인했지만, Millikan은 Einstein의 해석을 확신하지 않았으며, 1916년까지도 그는 "Einstein의 광전 방정식 ... 현재로서는 만족스러운 이론적 기초에 근거하는 것으로 볼 수 없다"고 썼습니다. "광전 효과의 행동을 매우 정확하게 나타낸다"고 해도 말입니다. 그러나 1950년 자서전에서 그는 단순히 그의 작업이 "Einstein이 원래 제시한 해석, 즉 빛의 반-미입자 또는 광자 이론 이외의 다른 해석을 허용할 수 없다"고 선언했습니다.

Millikan의 작업이 현대 입자 물리학의 기초 중 일부를 형성했기 때문에, 그가 광자 이론의 경우처럼 20세기 물리학 발전에 대해 오히려 보수적인 의견을 가지고 있었다는 것은 아이러니합니다. 또 다른 예는 1927년 버전까지도 그의 교과서가 명확하게 에테르의 존재를 명시하고 Einstein의 상대성 이론을 Einstein의 초상화 아래 캡션의 끝에 있는 비약정 주석에서만 언급한다는 것입니다. 그는 "1905년 특수 상대성 이론과 1914년 일반 상대성 이론의 저자로서, 둘 다 그렇지 않으면 설명할 수 없는 현상을 설명하고 새로운 현상을 예측하는 데 큰 성공을 거두었습니다."라고 마지막으로 기재했습니다.

Millikan은 또한 다양한 금속의 광전 방출 그래프를 사용하여 Planck 상수의 값을 측정한 것으로도 알려져 있습니다.

후기 생활

1917년 태양 천문학자 George Ellery Hale는 Millikan이 Hale가 과학 연구와 교육의 주요 중심지로 변모시키기를 원했던 작은 학술 기관인 California Pasadena의 Throop College of Technology에서 매년 몇 개월을 보내기 시작하도록 설득했습니다. 몇 년 후 Throop College는 California Institute of Technology Caltech이 되었으며, Millikan은 University of Chicago를 떠나 Caltech의 "executive council 의장"(사실상 회장)이 되었습니다. Millikan은 1921년부터 1945년까지 그 직책을 역임했습니다. Caltech에서 그의 과학 연구의 대부분은 그가 "우주선"이라는 용어를 만든 "우주선" 연구에 중점을 두었습니다. 1930년대에 그는 Arthur Compton과 우주선이 고에너지 광자(Millikan의 견해) 또는 하전 입자(Compton의 견해)로 구성되어 있는지에 대한 논쟁에 참여했습니다. Millikan은 그의 우주선 광자가 엔트로피에 대항하여 지속적으로 생성되는 새로운 원자의 "탄생의 울음"이며 우주의 열 죽음을 방지한다고 생각했습니다. Compton은 결국 우주선이 지구의 자기장에 의해 편향되므로 하전 입자여야 한다는 관찰에 의해 증명되었습니다.

Robert Millikan은 제1차 세계 대전 중 National Research Council의 부의장이었습니다. 그 동안 그는 잠수함 방지 및 기상 장치 개발을 도왔습니다. 그는 중국 Jade Order를 받았습니다. 전쟁 후 Millikan은 1922년부터 1931년까지 George E. Hale 대신 League of Nations의 Intellectual Cooperation 위원회 작업에 기여했으며, Marie Curie, Albert Einstein, Hendrik Lorentz 등 다른 저명한 연구자들과 함께 했습니다. 사생활에서 Millikan은 열정적인 테니스 선수였습니다. 그는 기혼이었고 세 명의 아들이 있었으며, 맏형인 Clark B. Millikan은 저명한 공기역학 엔지니어가 되었습니다. 또 다른 아들인 Glenn은 물리학자이기도 했으며 "그것이 있기 때문에" Mount Everest 유명인 George Leigh Mallory의 딸 Clare와 결혼했습니다. Glenn은 1947년 Cumberland Mountains의 등반 사고로 사망했습니다.

한 목사의 아들이자 종교적인 사람인 Millikan은 후기 인생에서 기독교 신앙과 과학 간의 상보 관계를 강력하게 주장했습니다. 그는 Evolution in Science and Religion으로 출판된 1926–27 Yale의 Terry Lectures에서 이를 다루었습니다. 그는 기독교 유신론자이자 유신론적 진화의 지지자였습니다. 그의 더 논쟁적인 신념 중 하나는 우생학이었습니다. 그는 Human Betterment Foundation의 초기 수탁자 중 한 명이었으며 San Marino California가 "노드 문명의 가장 서쪽 전초 기지... 뉴욕, 시카고 또는 이 나라의 위대한 도시에 존재하는 것보다 2배 많은 앵글로색