A plenitude de conhecimento sempre significa alguma compreensão das profundezas de nossa ignorância; e isso é sempre conducente à humildade e reverência.
Robert Andrews Millikan foi um físico experimental americano honrado com o Prêmio Nobel de Física em 1923 pela medição da carga elétrica elementar e por seu trabalho no efeito fotoelétrico.
Millikan se formou na Oberlin College em 1891 e obteve seu doutorado na Universidade de Columbia em 1895. Em 1896 tornou-se assistente na Universidade de Chicago, onde se tornou professor pleno em 1910. Em 1909 Millikan começou uma série de experimentos para determinar a carga elétrica transportada por um único elétron. Ele começou medindo o caminho de gotículas de água carregadas em um campo elétrico. Os resultados sugeriram que a carga nas gotículas é um múltiplo da carga elétrica elementar, mas o experimento não foi preciso o suficiente para ser convincente. Ele obteve resultados mais precisos em 1910 com seu famoso experimento da gota de óleo, no qual substituiu a água, que tendia a evaporar muito rapidamente, por óleo.
Em 1914 Millikan abordou com habilidade similar a verificação experimental da equação introduzida por Albert Einstein em 1905 para descrever o efeito fotoelétrico. Ele usou essa mesma pesquisa para obter um valor preciso da constante de Planck. Em 1921 Millikan deixou a Universidade de Chicago para se tornar diretor do Laboratório Norman Bridge de Física no Instituto de Tecnologia da Califórnia Caltech em Pasadena, Califórnia. Lá ele realizou um grande estudo da radiação que o físico Victor Hess havia detectado vindo do espaço exterior. Millikan provou que essa radiação é de fato de origem extraterrestre e a denominou "raios cósmicos". Como presidente do Conselho Executivo do Caltech, órgão que governava a escola na época de 1921 até sua aposentadoria em 1945, Millikan ajudou a transformar a escola em uma das principais instituições de pesquisa dos Estados Unidos. Ele também serviu no conselho de administradores da Science Service, agora conhecida como Society for Science & the Public, de 1921 a 1953.
Biografia
Educação
Robert Andrews Millikan nasceu em 22 de março de 1868, em Morrison, Illinois. Frequentou o ensino médio em Maquoketa, Iowa e recebeu um diploma de bacharel em clássicos da Oberlin College em 1891 e seu doutorado em física da Universidade de Columbia em 1895 – foi o primeiro a obter um Ph.D. daquele departamento.
No final de meu segundo ano [...] meu professor de Grego [...] me pediu para ensinar o curso de física elementar no departamento preparatório durante o próximo ano. Em resposta de que eu não sabia nada de física, sua resposta foi: "Qualquer um que possa se sair bem em meu Grego pode ensinar física." "Tudo bem," disse eu, "você terá que arcar com as consequências, mas vou tentar ver o que posso fazer com isso." Imediatamente comprei um Elements of Physics de Avery, e passei a maior parte de meu recesso de verão de 1889 em casa – tentando dominar o assunto. [...] Duvido que já tenha ensinado melhor em minha vida do que em meu primeiro curso de física em 1889. Eu estava tão intensamente interessado em manter meu conhecimento à frente do da classe que eles podem ter captado um pouco de meu próprio interesse e entusiasmo.
O entusiasmo de Millikan pela educação continuou ao longo de sua carreira, e foi coautor de uma série popular e influente de livros didáticos introdutórios, que foram à frente de seu tempo de muitas maneiras. Comparados a outros livros da época, eles tratavam o assunto mais da maneira como era pensado pelos físicos. Também incluíam muitos problemas de lição de casa que faziam perguntas conceituais, em vez de simplesmente pedir ao aluno para inserir números em uma fórmula.
Carga do elétron
A partir de 1908, enquanto professor na Universidade de Chicago, Millikan trabalhou em um experimento de gota de óleo no qual mediu a carga em um único elétron. J. J. Thomson já havia descoberto a razão carga-massa do elétron. No entanto, os valores reais de carga e massa eram desconhecidos. Portanto, se um desses dois valores fosse descoberto, o outro poderia ser facilmente calculado. Millikan e seu então aluno de pós-graduação Harvey Fletcher usaram o experimento da gota de óleo para medir a carga do elétron bem como a massa do elétron e o número de Avogadro, já que sua relação com a carga do elétron era conhecida.
O Professor Millikan assumiu total crédito, em troca de Harvey Fletcher reivindicar autoria completa em um resultado relacionado para sua dissertação. Millikan foi em frente para ganhar o Prêmio Nobel de Física de 1923, em parte por esse trabalho, e Fletcher manteve o acordo em segredo até sua morte. Após uma publicação sobre seus primeiros resultados em 1910, observações contraditórias de Felix Ehrenhaft iniciaram uma controvérsia entre os dois físicos. Após melhorar sua configuração, Millikan publicou seu estudo seminal em 1913.
A carga elementar é uma das constantes físicas fundamentais, e o conhecimento preciso de seu valor é de grande importância. Seu experimento mediu a força em minúsculas gotículas de óleo carregadas suspensas contra a gravidade entre dois eletrodos metálicos. Conhecendo o campo elétrico, a carga na gotícula poderia ser determinada. Repetindo o experimento para muitas gotículas, Millikan mostrou que os resultados poderiam ser explicados como múltiplos inteiros de um valor comum de 1,592 × 10−19 coulomb, que é a carga de um único elétron. O fato de isso ser um pouco menor do que o valor moderno de 1,602 176 5314 x 10−19 coulomb é provavelmente devido ao uso de Millikan de um valor impreciso para a viscosidade do ar.
Embora no momento dos experimentos de gota de óleo de Millikan estivesse se tornando claro que existem coisas como partículas subatômicas, nem todos foram convencidos. Experimentando com raios catódicos em 1897, J. J. Thomson havia descoberto "corpúsculos" carregados negativamente, como os chamava, com uma razão carga-massa 1840 vezes maior que a de um íon de hidrogênio. Resultados semelhantes haviam sido encontrados por George FitzGerald e Walter Kaufmann. A maioria do que era então conhecido sobre eletricidade e magnetismo, no entanto, poderia ser explicada na base de que a carga é uma variável contínua; da mesma forma que muitas das propriedades da luz podem ser explicadas tratando-a como uma onda contínua em vez de como um fluxo de fótons.
A beleza do experimento da gota de óleo é que, além de permitir uma determinação bastante precisa da unidade fundamental de carga, o aparato de Millikan também forneceu uma demonstração "prática" de que a carga é realmente quantizada. Charles Steinmetz da General Electric Company, que anteriormente havia pensado que a carga é uma variável contínua, foi convencido do contrário após trabalhar com o aparato de Millikan.
Controvérsia sobre seleção de dados
Há alguma controvérsia sobre a seletividade no uso de resultados por Millikan em seu segundo experimento de medição da carga do elétron. Essa questão foi discutida por Allan Franklin, um ex-experimentalista de alta energia e atual filósofo da ciência na Universidade do Colorado. Franklin argumenta que as exclusões de dados de Millikan não afetam o valor final da carga obtida, mas que a "cirurgia cosmética" substancial de Millikan reduziu o erro estatístico. Isso permitiu que Millikan fornecesse a carga do elétron melhor do que meio por cento; de fato, se Millikan tivesse incluído todos os dados que descartou, o erro teria sido menor que 2%. Embora isso ainda tivesse resultado em Millikan ter medido a carga de e− melhor do que qualquer outra pessoa na época, a incerteza ligeiramente maior poderia ter permitido mais desacordo com seus resultados na comunidade de física, o que Millikan provavelmente tentou evitar. David Goodstein argumenta que a declaração de Millikan, de que todas as gotículas observadas durante um período de sessenta dias foram usadas no artigo, foi esclarecida em uma sentença subsequente que especificou todas as "gotículas sobre as quais séries completas de observações foram feitas". Goodstein atesta que este é de fato o caso e observa que cinco páginas de tabelas separam as duas sentenças.
Efeito fotoelétrico
Quando Einstein publicou seu artigo seminal de 1905 sobre a teoria corpuscular da luz, Millikan estava convencido de que tinha que estar errado, por causa do vasto corpo de evidências que já tinha mostrado que a luz era uma onda. Ele realizou um programa experimental de uma década para testar a teoria de Einstein, que exigia construir o que ele descrevia como "uma oficina em vácuo" para preparar a superfície muito limpa do fotocátodo. Seus resultados publicados em 1914 confirmaram as previsões de Einstein em cada detalhe, mas Millikan não estava convencido da interpretação de Einstein, e ainda em 1916 ele escreveu, "A equação fotoelétrica de Einstein... não pode, em meu julgamento, ser considerada no presente como descansando em nenhum tipo de base teórica satisfatória," mesmo que "represente muito com precisão o comportamento" do efeito fotoelétrico. Em sua autobiografia de 1950, no entanto, ele simplesmente declarou que seu trabalho "dificilmente permite qualquer outra interpretação senão aquela que Einstein tinha originalmente sugerido, a saber, a da teoria semi-corpuscular ou de fóton da própria luz".
Como o trabalho de Millikan formou uma base para a física de partículas moderna, é irônico que ele fosse bastante conservador em suas opiniões sobre desenvolvimentos da física do século XX, como no caso da teoria do fóton. Outro exemplo é que seu livro didático, ainda na versão de 1927, afirma inequivocamente a existência do éter e menciona a teoria da relatividade de Einstein apenas em uma nota não-comprometedora no final da legenda sob o retrato de Einstein, afirmando como último em uma lista de realizações que ele foi "autor da teoria especial da relatividade em 1905 e da teoria geral da relatividade em 1914, ambas as quais tiveram grande sucesso em explicar fenômenos previamente inexplicáveis e em prever novos".
Millikan também é creditado por medir o valor da constante de Planck usando gráficos de emissão fotoelétrica de vários metais.
Vida posterior
Em 1917, o astrônomo solar George Ellery Hale convenceu Millikan a começar a passar vários meses a cada ano no Throop College of Technology, uma pequena instituição acadêmica em Pasadena, Califórnia, que Hale desejava transformar em um grande centro de pesquisa e educação científica. Poucos anos depois, Throop College se tornou o Instituto de Tecnologia da Califórnia Caltech, e Millikan deixou a Universidade de Chicago para se tornar o "presidente do conselho executivo" do Caltech, efetivamente seu presidente. Millikan serviria nessa posição de 1921 a 1945. No Caltech, a maioria de sua pesquisa científica se concentrou no estudo de "raios cósmicos", um termo que ele cunhou. Na década de 1930, ele entrou em um debate com Arthur Compton sobre se os raios cósmicos eram compostos de fótons de alta energia – visão de Millikan – ou partículas carregadas – visão de Compton. Millikan pensava que seus fótons de raios cósmicos eram os "gritos de nascimento" de novos átomos continuamente sendo criados para contrariar a entropia e prevenir a morte térmica do universo. Compton acabaria por ser comprovado certo pela observação de que os raios cósmicos são desviados pelo campo magnético da Terra e, portanto, devem ser partículas carregadas.
Robert Millikan foi Vice-presidente do Conselho Nacional de Pesquisa durante a Primeira Guerra Mundial. Durante esse período, ajudou a desenvolver dispositivos anti-submarinos e meteorológicos. Ele recebeu a Ordem Chinesa da Jade. Após a Guerra, Millikan contribuiu para os trabalhos do Comitê de Cooperação Intelectual da Liga das Nações de 1922, em substituição a George E. Hale, até 1931, com outros pesquisadores proeminentes como Marie Curie, Albert Einstein, Hendrik Lorentz, etc. Em sua vida privada, Millikan era um jogador de tênis entusiasta. Era casado e tinha três filhos, sendo o mais velho, Clark B. Millikan, um proeminente engenheiro aerodinâmico. Outro filho, Glenn, também físico, casou-se com a filha Clare de George Leigh Mallory de "Because it's there" (Porque está lá) da fama do Monte Everest. Glenn foi morto em um acidente de escalada nas Montanhas Cumberland em 1947.
Um homem religioso e filho de um ministro, em sua vida posterior Millikan argumentou fortemente a favor de uma relação complementar entre a fé cristã e a ciência. Ele tratou disso em suas Terry Lectures em Yale em 1926–27, publicadas como Evolution in Science and Religion (Evolução em Ciência e Religião). Ele era um teísta cristão e proponente da evolução teísta. Uma crença mais controversa sua era a eugenia. Foi um dos administradores iniciais da Human Betterment Foundation e elogiou San Marino, Califórnia, por ser "o posto avançado mais ocidental da civilização Nórdica ... uma população que é duas vezes mais Anglo-Saxônica do que a existente em Nova York, Chicago, ou qualquer uma das grandes cidades deste país."
Cápsula de tempo Westinghouse
Em 1938, ele escreveu uma breve passagem para ser colocada nas Cápsulas de Tempo Westinghouse.
Neste momento, 22 de agosto de 1938, os princípios do governo de voto representativo, como são representados pelos governos dos países Anglo-Saxões, Francês e Escandinavos, estão em
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