Σαν σήμερα στη ΧΗΜΕΊΑ : 22 Μαρτίου

Ο Αμερικανός φυσικός Ρόμπερτ Μίλικαν (Robert Millikan) γεννήθηκε σαν σήμερα το 1868

Η προτότυπη συσκευή του Μίλικαν για το πείραμα
της σταγόνας λαδιού, περ.1909–1910

Διάσημος για τη χρήση σταγονιδίων ελαίου για τη μέτρηση του φορτίου ενός ηλεκτρονίου για πρώτη φορά, ο Millikan συνέχισε πειραματικά για να ερευνήσει το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο που επιβεβαιώνει τις θεωρίες του Αϊνστάιν. Ο Millikan τιμήθηκε με το βραβείο Νόμπελ Φυσικής το 1923 για αυτό το έργο.

Το πείραμα των σταγονιδίων ελαίου

Το 1909 δηλαδή την εποχή του πειράματος των σταγονιδίων ελαίου των Millikan και Fletcher, η ύπαρξη υποατομικών σωματιδίων δεν ήταν καθολικά αποδεκτή. Πειραματιζόμενος με τις καθοδικές ακτίνες το 1897, ο J. J. Thomson είχε ανακαλύψει αρνητικά φορτισμένα που κάλεσε "σωματίδια", με μάζα περίπου 1837 φορές μικρότερη από εκείνη ενός ατόμου υδρογόνου. Παρόμοια αποτελέσματα βρήκαν ο  George FitzGerald και ο Walter Kaufmann.

Τα περισσότερα φαινόμενα που ήταν τότε γνωστά για την ηλεκτρική ενέργεια και τον μαγνητισμό, θα μπορούσαν να εξηγηθούν στη βάση ότι το φορτίο είναι μια συνεχής μεταβλητή. Με τον ίδιο τρόπο που πολλές από τις ιδιότητες του φωτός μπορούν να εξηγηθούν με την άποψη ότι είναι ένα συνεχές κύμα (κυματική φύση του φωτός) και όχι ένα ρεύμα φωτονίων (σωματιδιακή φύση του φωτός).

Απλοποιημένο σχήμα του πειράματος πτώσης σταγονιδίων ελαίου του Millikan

Το στοιχειώδες φορτίο e είναι μία από τις θεμελιώδεις φυσικές σταθερές και επομένως η ακρίβεια της τιμής έχει μεγάλη σημασία. Το 1923, ο Millikan κέρδισε το βραβείο Νόμπελ στη φυσική, εν μέρει λόγω αυτού του πειράματος.

Εκτός από τη ίδια τη μέτρηση, η ομορφιά του πειράματος της πτώσης σταγονιδίων ελαίου έγκειται στο ότι είναι μια απλή, κομψή πρακτική επίδειξη ότι το φορτίο είναι στην πραγματικότητα κβαντισμένο. Ο Τόμας Έντισον, ο οποίος πίστευε ότι το φορτίο είναι μια συνεχής μεταβλητή, πείσθηκε όταν πειραματίστηκε με τη συσκευή των Millikan και Fletcher. Αυτό το πείραμα το έχουν επαναλάβει πολλές γενιές φοιτητών φυσικής, αν και είναι αρκετά ακριβό και δύσκολο να διεξαχθεί σωστά.
Επαναλαμβάνοντας το πείραμα για πολλά σταγονίδια, οι Millikan και Fletcher επιβεβαίωσαν ότι τα φορτία ήταν όλα μικρά ακέραια πολλαπλάσια μιας συγκεκριμένης τιμής, η οποία βρέθηκε να είναι 1,5924(17) x 10^-19 C, με περίπου 0,6% διαφορά από την τρέχουσα αποδεκτή τιμή 1,6021766208(98) x 10^-19 C. Όπου τα δύο τελευταία ψηφία που είναι σε παρένθεση είναι   Έτσι πρότειναν ότι αυτό ήταν το μέγεθος του αρνητικού φορτίου ενός μόνο ηλεκτρονίου.

Φωτοηλεκτρικό φαινόμενο 

Το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο

Όταν ο Αϊνστάιν δημοσίευσε το αρχικό του άρθρο το 1905 για τη σωματιδιακή θεωρία του φωτός, ο Millikan ήταν πεπεισμένος ότι έπρεπε να είναι λάθος. Βασιζόταν στον μεγάλο αριθμό στοιχείων που είχαν ήδη δείξει ότι το φως ήταν κύμα. Έκανε ένα δεκαετές πειραματικό πρόγραμμα για να δοκιμάσει τη θεωρία του Αϊνστάιν, η οποία απαιτούσε την κατασκευή αυτού που περιέγραψε ως "εργαστήριο μηχανών σε κενό" για να προετοιμάσει την πολύ καθαρή μεταλλική επιφάνεια του φωτο-ηλεκτροδίου. Τα αποτελέσματα που δημοσίευσε το 1914 επιβεβαίωσαν τις προβλέψεις του Αϊνστάιν σε κάθε λεπτομέρεια, αλλά ο Millikan δεν ήταν πεπεισμένος για την ερμηνεία του Αϊνστάιν και ακόμα και μέχρι το 1916 έγραφε: «Η φωτοηλεκτρική εξίσωση του Αϊνστάιν ... δεν μπορεί κατά την κρίση μου να θεωρηθεί επί του παρόντος ότι εδράζεται πάνω σε κάποια ικανοποιητική θεωρητική θεμελίωση ", αν και"πραγματικά περιγράφει με ακρίβεια τη συμπεριφορά "του φωτοηλεκτρικού φαινομένου. Ωστόσο, στην αυτοβιογραφία του του 1950, δήλωσε ότι το έργο του "δεν επιτρέπει καμιά άλλη ερμηνεία διαφορετική από εκείνη που είχε προτείνει αρχικά ο Αϊνστάιν, δηλαδή την ημι-σωματιδιακή ή φωτονιακής θεωρία του φωτός."

Ο Αϊνστάιν (αριστερά) και ο Τσάρλι Τσάπλιν
στην πρεμιέρα του "Τα φώτα της πόλης" στο Χόλιγουντ,
Ιανουάριος 1931

Δεδομένου ότι το έργο του Millikan αποτέλεσε ένα κομμάτι της βάσης για τη σύγχρονη σωματιδιακή φυσική, είναι ειρωνικό ότι ήταν αρκετά συντηρητικός στις απόψεις του για τις εξελίξεις στη φυσική του 20ού αιώνα, όπως στην περίπτωση της θεωρίας των φωτονίων. Ένα άλλο παράδειγμα είναι ότι στο βιβλίο του, ακόμη και στην έκδοση του 1927, δηλώνει αναμφισβήτητα υπέρ της ύπαρξης του αιθέρα, και αναφέρει, χωρίς να πάρει θέση, τη θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν μόνο σε ένα σημείωμα στο τέλος της λεζάντας κάτω από το πορτρέτο του Αϊνστάιν. Εκεί λέει ότι ήταν «συντάκτης της ειδικής θεωρίας της σχετικότητας το 1905 και της γενικής θεωρίας της σχετικότητας το 1914, που και οι δύο θεωρίες είχαν μεγάλη επιτυχία στην εξήγηση διαφορετικών ανεξήγητων φαινομένων και στην πρόβλεψη νέων».

Ο Millikan επίσης πιστώνεται με τη μέτρηση της τιμής της σταθεράς του Planck χρησιμοποιώντας γραφήματα φωτοηλεκτρικής εκπομπής διαφόρων μετάλλων.

Από τη: Royal Society of Chemistry (RSC) και τη Wikipedia, the free encyclopedia: Oil drop experiment,  Robert Andrews Millikan,  Photoelectric effect
Εικόνα: By Unknown - http://chem.ch.huji.ac.il/~eugeniik/history/millikan.html (taken in 2006, now don't work), Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=685647
By Simplified_scheme_of_Millikan’s_oil-drop_experiment.png: Theresa Knottderivative work: Gregors (talk) 10:37, 25 March 2011 (UTC) - Simplified_scheme_of_Millikan’s_oil-drop_experiment.png, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=14695366
By Wolfmankurd - en:Inkscape, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2072934
By Publisher: Photoplay Publishing page 2 - Photoplay magazine page 36, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=33325357

Σαν σήμερα στη ΧΗΜΕΊΑ :  22 Μαρτίου

Η προηγούμενη μέρα                      Όλη η Άνοιξη                     Η επόμενη μέρα