Известные люди

»

Отто Штерн

Еще, в годы учебы Ш. устанавливает контакты с отдельными ведущими физиками и химиками того времени. Лекции Арнольда Зоммерфельда обостряют его заинтересованность к теоретической физике, а лекции Отто Луммера и Эрнста Прингсхейма к физике экспериментальной. Однако читка работ Людвига Больцмана, Рудольфа Клаузиуса и Вальтера Нернста по молекулярной теории, статистической механике и термодинамике производит на него до того сильное ощущение, что он избирает для своих исследований область физической химии, тем больше что любимые профессора физико-химического факультета университета Бреслау, Отто Сакур и другие, вели активные исследования аккурат в этой области.

Пользуясь связью Сакура с Фрицем Габером, другом Альберта Эйнштейна, Ш. в 1912 г. заручается согласием последнего сделаться руководителем его аспирантской работы в Пражском университете. От Эйнштейна он узнает полно нового о последних событиях в физике, и они сообща пишут статью. Когда Эйнштейн на следующий год переезжает в Цюрих, Ш. следует за ним. Работая с Эйнштейном, он становится приват-доцентом (внештатным лектором) федерального училища в Цюрихе. С началом первой важный войны Ш. призывают в германскую армию и посылают в Польшу в составе метеорологического отряда, занимавшегося наблюдениями за погодой. Необременительные обязанности позволяют ему продолжать теоретические исследования, в частности работу, начатую совместно с Нернстом. Он применяет квантовую теорию и статистическую механику к проблемам термодинамики и более того публикует статью. Позднее во время войны Ш. и строй других ученых были переведены в лабораторию Нернста в Берлинском университете, где выполняли различные исследования по поручению военного министерства. В Берлине Ш. работает с Максом Борном, Джеймсом Франком, Максом Фольмером и другими. Под влиянием бесед с искусными экспериментаторами Франком и Фольмером интересы Ш. перемещаются из области теоретических исследований с сферу опыта.

После войны Борн становится директором Института теоретической физики Франкфуртского университета и приглашает Ш. на пост своего ассистента. Ш. публикует сообща с Борном теоретическую работу о поверхностной энергии твердых тел, но вскоре его захватывает задача экспериментального подтверждения теории молекулярного движения, развитой ещё в середине XIX в. Известный шотландский физик Джеймс Клерк Максвелл, исходя из теоретических соображений, показал, что молекулы газа находятся в непрерывном хаотическом движении, и вывел форму для распределения их скоростей. Результаты Максвелла получили всеобщее признание, но не были прямо подтверждены экспериментально. Ш. решает употребить методом молекулярных пучков, изобретенным французским физиком Луи Дюнойе в 1911 г.

Спроектированная Ш. экспериментальная установка состояла из невеликий печи, испарявшей атомы серебра из металлического образца (молекулы паров серебра содержат только по одному атому), щели, посредством которую атомы, двигавшиеся в направлении разреза, попадали в вакуумную камеру, и ещё одной щели, расположенной дальше от выходного отверстия печи в створе с первой щелью и позволявшей ещё больше диафрагмировать поток атомов, вырезав из него тоненький пучок. Расположив в створе две щели, отстоящие приятель от друга на некотором расстоянии, Ш. тем самым создал условия, при которых атомы, прошедшие сквозь обе щели, имели одно и то же ориентация скорости, а разреженность газа в вакуумной камере уменьшала вероятность столкновений, а тем самым отклонение атомов и рассеяние пучка. Скорости атомов, прошедших через вторую щель, и число атомов, имевших ту или иную прыть, измерялись различными способами. Один из методов, хотя и не что ни на есть точный, состоял в том, чтобы поместить на пути пучка зубчатые колеса. При вращении колес атомы, успевшие проскочить между зубцами первого колеса, могли миновать между зубцами второго колеса только в том случае, если зазор между этими зубцами оказывался на линии их полета. Зная ширину зазора, прыть вращения и пространство между колесами, Ш. мог вычислить прыть атомов, проходящих между ними. Измерения, завершенные в 1920 г. (и уточненные в последующие годы), подтвердили теоретические предсказания.

Метод Штерна оказался мощным средством наблюдения невидимых частиц с помощью относительно грубых лабораторных приборов, но требовал искуснейшего мастерства от экспериментатора. Он обратился к своему коллеге по Франкфурту Вальтеру Герлаху с просьбой подсобить исследовать с помощью того же способа магнитные моменты атомов. Поскольку атомы содержат движущиеся электрически заряженные частицы, а движение заряженных частиц есть не что иное, как электрический ток, то атомы ведут себя как крохотные магниты (как ток в катушке, создающей магнитное поле в электромагните). Магнитный миг определяет интенсивность и ориентация магнитного поля. Классическая физика считает, что магнитный миг может иметь в распоряжении любое ориентация. Зоммерфельд, исходя из квантовой теории, предсказал, что магнитный миг может обладать сравнительно внешнего поля только два направления: совпадать с направлением внешнего поля или быть направленным в противоположную сторону. В известном сегодня эксперименте Штерна Герлаха молекулярный пучок проходит между полюсами неоднородного магнита, тот, что вызывал отклонение пучка. Классическая система предсказывала, что отклонение атомов с различными направлениями магнитного момента будет распределено непрерывно, что приведет легко к расширению узкого пучка. Квантовая система предсказывала, что атомы будут отклоняться только одним из двух способов, т.е. пучок расщепится на два. Опыт Штерна Герлаха, выполненный в 1921 г., со всей определенностью подтвердил правильность квантовой теории.

В 1921 г. Ш. назначается профессором физики Ростокского университета, а в 1923 г. становится полным (действительным) профессором Гамбургского университета. В Гамбурге, имея в своем распоряжении лабораторию, сознательно построенную для исследований методом молекулярных пучков, он использует тот самый способ для проверки предсказания, сделанного Луи де Бройлем в 1924 г. И квантовая концепция, и опыт показали, что электромагнитное излучение, в частности свет, обладает как корпускулярными (кванты), так и волновыми свойствами. Несмотря на скептицизм многих физиков, де Бройль, предположив, что частицы должны иметь волновыми свойствами, высказался ещё больше радикально, указав соответствующие им длины волн. В 1927 г. Клинтон Дж. Дэвиссон и Лестер Джермер экспериментально доказали (отчасти случайно) наличие волн де Бройля для электрона. За их экспериментом последовали подкрепляющие его опыты Дж.П. Томсона. Несколькими годами позже Ш. направляет пучок атомов гелия сквозь зубчатые колеса (чтобы измерить прыть частиц, от которой зависит длина волны де Бройля) на поверхность кристалла фторида лития и держит под наблюдением дифракцию волновое явление. Зная пространство между атомами в кристалле, он определяет длину волны для частиц гелия. Она согласуется с формулой де Бройля. Доказательство существования волновых свойств до того крупных частиц, как атомы, представляется ещё больше убедительным, чем в случае электронов, и навык Штерна сыграл важную образ в дальнейшем развитии квантовой механики. В последующие годы Ш. вкупе с Иммануэлем Эстерманом и О.Р. Фришем измеряют магнитный миг протона (ядра атома водорода) и, к своему удивлению (и удивлению всех физиков), обнаруживают, что он вдвое больше предсказанного П.А.М. Дираком.

Вскоре потом того, как Гитлер становится канцлером Германии в 1933 г., Эстермана и других ученых-евреев увольняют из Франкфуртского университета на основании нацистских антисемитских законов о гражданских правах. Хотя Ш. был евреем, его на какое-то время защищает от расистских законов работа в германской армии во время первой важный войны. Однако в знак протеста он подает в отставку и совместно с Эстерманом принимает приглашение физического факультета Технологического института Карнеги. Там, занимая место профессора-исследователя, он помогает сформировать лабораторию молекулярных пучков. В 1939 г. Ш. получает американское гражданство и, когда Соединенные Штаты вступают во вторую вмемирную войну, служит консультантом министерства обороны США.

В 1943 г. Нобелевская премия не присуждалась, но на следующий год Ш. был удостоен Нобелевской премии по физике 1943 г. за вклад в формирование приема молекулярных пучков и открытие и измерение магнитного момента протона. Из-за условий военного времени обычная церемония вручения премии не проводилась, и премия была передана Ш. во время завтрака, организованного Американо-скандинавским фондом в отеле Уол-Дорф-Астория в Нью-Йорке. Нобелевскую лекцию Метод молекулярных пучков (The Method of Molecular Rays), Ш. прочитал только в 1946 г.

После ухода из Технологического института Карнеги в 1946 г. Ш. переезжает в Беркли (штат Калифорния), где поселились две его сестры. Продолжая помогать контакты с физическим сообществом и присматривать за развитием событий в физике элементарных частиц, он живет в относительной изоляции. Регулярно нанося визиты в Европу, Ш. отказывается ступить на землю Германии и обретать пенсионную выплату от германского правительства.

В последние годы жизни Ш., ни в жизнь не вступавший в брак, обретает привкус к изысканному столу и сигарам. Он с удовольствием ходит в кино. Смерть от сердечного приступа настигает его в одном из кинотеатров Беркли. По словам Эмилио Сегре, Ш. был одним из величайших физиков XX в. Он написал относительно немного статей, но зато какую силу имеют те, которые он написал!.

Член американской Национальной академии наук и Американского философского общества, Ш. был почетным доктором Калифорнийского университета и Швейцарского федерального технологического института.

Так же читайте биографии известных людей:

Отто Валлах Otto Wallah

Немецкий химик Отто Валлах родился в Кенигсберге (ныне Калининград), в семье прусского служащего Герхарда Валлаха и Отилии (Тома) Валлах. Вскоре..
читать далее →

Отто Ган Otto Hahn

Отто Ган - известный немецкий ученый, химик. Родился 8 марта 1879 года.Отто Ган известен как учёный-новатор в области радиохимии, открывший ядерную..
читать далее →

Отто Дильс Otto Diels

Отто Дильс - выдающийся немецкий ученый, химик-органик. Родился 23 января 1876 года.В 1928 году Отто Дильс совместно с К.Альдером открыл диеновый..
читать далее →

Отто Ион Otto Ion

По оценкам специалистов, Ион в 1954 г. оказал большую помощь противникам Европейского оборонительного сообщества.
читать далее →

Ваши комментарии

добавить комментарий