Robert Andrews Millikan

知識の完全性は常に我々の無知の深さについての理解を意味し、それは常に謙虚さと畏敬の念をもたらします。

Robert Andrews Millikanはアメリカの実験物理学者で、1923年に基本電荷の測定と光電効果に関する研究によってノーベル物理学賞を受賞しました。

Millilanは1891年にOberlin Collegeを卒業し、1895年にColumbia Universityから博士号を取得しました。1896年にChicago大学の助手となり、1910年に正教授となりました。1909年、Millicanは単一の電子が運ぶ電荷を決定するための一連の実験を始めました。彼は電場内の帯電水滴の軌跡を測定することから始めました。結果は液滴上の電荷が基本電荷の倍数であることを示唆していましたが、その実験は説得力を持つのに十分な正確さではありませんでした。彼は1910年に有名な油滴実験でより正確な結果を得ました。その実験では、蒸発が速すぎた水の代わりに油を使用しました。

1914年、Millicanは同等のスキルで、Albert Einsteinが光電効果を記述するために1905年に導入した方程式の実験的検証に取り組みました。彼はこの同じ研究を使用してPlanck定数の正確な値を取得しました。1921年、Millicanはカリフォルニア州パサデナのCalifornia Institute of Technology Caltechのnorman Bridge Laboratory of Physicsの所長となるためにChicago大学を去りました。そこで彼は物理学者Victor Hessが検出した外宇宙から来ている放射線の大規模な研究を行いました。Millicanはこの放射線が確かに地球外起源であることを証明し、それを「宇宙線」と名付けました。1921年から1945年の退職まで学校の統治機関であったCaltechの経営評議会委員長として、Millicanは学校をアメリカの主要な研究機関の1つに変えるのに役立ちました。彼はまた1921年から1953年までScience Service(現在はSociety for Science & the Publicとして知られている)の理事会に奉仕しました。

伝記

教育

Robert Andrews Millicanは1868年3月22日にイリノイ州Morrisonで生まれました。彼はアイオワ州Maquoketaの高校に行き、1891年にOberlin Collegeから古典の学士号を、1895年にColumbia Universityから物理学の博士号を取得しました。彼はその部門から博士号を取得した最初の人でした。

私の2年生の終わりに[...]ギリシャ語の教授が[...]次の年の準備部門の初等物理学のコースを教えるよう私に頼みました。私が物理学をまったく知らないという返答に対して、彼の答えは「ギリシャ語で上手くできる人は誰でも物理学を教えることができます」でした。「わかりました」と私は言いました。「結果を引き受けなければなりませんが、試してみます。」私はすぐにAveryのElements of Physicsを購入し、1889年の夏休みのほとんどを家で過ごし、その主題を習得しようとしました。[...]1889年の最初の物理学コースより私が教えたことがより良いことはないと思います。私は自分の知識をクラスのそれより前に保つことに非常に興味を持っていたので、彼らは私自身の関心と熱意の一部を捉えたかもしれません。

Millicanの教育への熱意は彼のキャリア全体を通じて続きました。彼は人気があり影響力のある入門教科書シリーズの共著者でした。それらは多くの点で当時より先を行っていました。当時の他の本と比較して、彼らはそれが物理学者によって考えられた方法でより主題を扱いました。彼らはまた、単に数式に数字を代入することを要求するのではなく、概念的な質問をした多くの宿題の問題を含めました。

電子の電荷

1908年からChicago大学の教授として、Millicanは単一の電子上の電荷を測定した油滴実験に取り組みました。J. J. Thomsonはすでに電子の電荷と質量比を発見していました。しかし、実際の電荷と質量値は不明でした。したがって、これら2つの値のいずれかが発見された場合、他のものは簡単に計算できます。Millicanと彼の当時の大学院生Harvey Fletcherは、油滴実験を使用して電子の電荷と電子質量およびAvogadro数を測定しました。電子電荷との関係は既知でした。

Millikan教授は独占的にクレジットを引き受けました。Harvey Fletcherが彼の論文のための関連する結果の完全な著者権を主張することと引き換えに。Millicanは1923年ノーベル物理学賞を受賞しました。この仕事の一部として、そしてFletcherは彼の死まで合意を秘密に保ちました。1910年の最初の結果に関する出版の後、Felix Ehrenhaftによる矛盾した観察は2人の物理学者間の論争を始めました。彼のセットアップを改善した後、Millicanは1913年に彼の独創的な研究を出版しました。

基本電荷は基本的な物理定数の1つであり、その値の正確な知識は非常に重要です。彼の実験は、2つの金属電極間の重力に対して浮いている小さな帯電油滴に対する力を測定しました。電場を知ることで、液滴の電荷を決定できました。多くの液滴について実験を繰り返すことで、Millicanは、結果を共通値1.592 × 10−19クーロンの整数倍として説明できることを示しました。これは単一の電子の電荷です。これが現代の1.602 176 5314 x 10−19クーロンの値よりいくぶん低いのは、おそらくMillicanが空気の粘度の不正確な値を使用したためです。

Millicanの油滴実験の時点で、原子下粒子が存在することは明らかになりつつありました。しかし、すべての人が確信していたわけではありません。1897年にカソード線で実験したJ. J. Thomsonは、彼が「粒子」と呼んだ負に帯電した「小粒体」を発見しました。水素イオンの電荷と質量比は1840倍です。同様の結果はGeorge FitzGeraldとWalter Kaufmannによって発見されていました。しかし、当時電気と磁気について知られていたことのほとんどは、電荷が連続変数であるという基礎の上で説明することができました。光をフォトンの流ではなく連続波として扱うことで、光の多くの特性を説明できるのと同じ方法です。

油滴実験の美しさは、電荷の基本単位をかなり正確に決定することを可能にするだけでなく、Millicanの装置が電荷が実際に量子化されているという「ハンズオン」デモンストレーションも提供したということです。General Electric CompanyのCharles Steinmetzは、以前に電荷が連続変数であると考えていましたが、Millicanの装置で作業した後、それ以外のことを確信しました。

データ選択論争

電子電荷を測定する2番目の実験結果の使用におけるMillicanの選別性については論争があります。この問題はAllan Franklinによって議論されてきました。彼はコロラド大学の元高エネルギー実験主義者で現在の科学の哲学者です。Franklinは、Millicanのデータの除外が得られた電荷の最終値に影響を与えないと主張しますが、Millicanの実質的な「化粧品手術」は統計的誤差を減らしました。これにより、Millicanは電子の電荷を0.5パーセント以上で与えることができました。実際、Millicanが破棄したすべてのデータを含めていた場合、誤差は2%未満であったでしょう。これでもMillicanが当時誰よりも電子の電荷をよく測定したという結果になったであろう一方で、若干大きな不確実性はMillicanの結果に対する物理学コミュニティ内での不同意をより多く許可した可能性があり、Millicanはおそらく避けようとしました。David Goodsteinは、Millicanの陳述は、60日間の期間にわたって観察されたすべての液滴が論文で使用されたという陳述は、「観察の完全なシリーズが行われた」すべての「液滴」を指定した後続の文で明確にされたと主張しています。Goodsteinはこれが実際にはケースであることを証明し、5ページのテーブルが2つの文を分離していることに注目しています。

光電効果

Einsteinが光の粒子理論に関する彼の独創的な1905年の論文を発表したとき、Millicanはそれが間違っていなければならないと確信していました。光が波であることをすでに示していた膨大な証拠のためです。彼は、Einsteinの理論をテストするための10年間の実験プログラムを実施しました。これには、フォトエレクトロードの非常にきれいな金属表面を準備するために、「真空中の機械工場」として彼が説明したものを構築する必要がありました。1914年に公開された彼の結果はあらゆる細部でEinsteinの予測を確認しましたが、Millicanはeinsteinの解釈に確信していませんでした。1916年までに彼は「Einsteinの光電方程式...は現在、満足のいく理論的基礎に基づいているとは考えられていません」と書きました。しかし「光電効果の動作を非常に正確に表現しています」。しかし1950年の自伝では、彼は単に彼の仕事が「Einsteinがもともと提案した、つまり光自体の半コーポスキュラーまたはフォトン理論の解釈以外の解釈をほとんど許さない」と宣言しました。

Millicanの仕事が現代の粒子物理学の基礎の一部を形成したので、彼は20世紀の物理学の発展についてかなり保守的な見方をしていたことは皮肉なことです。フォトン理論の場合のように。別の例は、彼のテキストが1927年のバージョンと同じくらい遅く、明確にエーテルの存在を述べており、Einsteinの相対性理論をEinsteinの肖像の下のキャプションの最後の非委任的なメモでのみ言及しています。彼が「1905年の特別相対性理論と1914年の一般相対性理論の著者であり、どちらも説明できない現象の説明と新しいものの予測に大きな成功を収めている」と述べるリストの最後のものです。

Millicanはまた、様々な金属の光電放出グラフを使用してPlanck定数の値を測定したことでも称賛されています。

後年

1917年、太陽天文学者George Ellery Haleはカリフォルニア州パサデナのThroop College of Technologyで毎年数ヶ月を過ごし始めるようにMillicanを説得しました。これは、Haleが科学研究と教育の主要なセンターに変わることを望んでいた小さな学術機関でした。数年後、Throop CollegeはCalifornia Institute of Technology Caltechになり、Millicanはカリフォルニア州パサデナのCaltech、Millicanの「経営評議会委員長」、事実上その会長になるためにChicago大学を去りました。Millicanはその職を1921年から1945年まで務めました。Caltechでのほとんどの科学研究は「宇宙線」の研究に焦点を当てました。彼が造った用語。1930年代に、彼はArthur Comptonとの議論に入りました。宇宙線がMillicanの見方か、帯電粒子のCompton見方で構成されているかどうかについて。Millicanは彼の宇宙線フォトンが新しい原子の「出生の叫び」だと思いました。熱死を防ぐためにエントロピーに対抗するために継続的に作成されています。Comptonは最終的に、宇宙線が地球の磁場によって偏向されるため、帯電粒子でなければならないという観察により証明されました。

Robert Millicanは第一次世界大戦中に全米研究評議会の副会長でした。その間、彼は潜水艦対策と気象装置の開発を支援しました。彼は中国のJade勲章を受け取りました。戦争後、Millicanは1922年からGeorge E. Haleに代わって、1931年まで国際連盟の知的協力に関する委員会の仕事に貢献しました。他の著名な研究者Marie Curie、Albert Einstein、Hendrik Lorentzなど。私生活では、Millicanは熱心なテニス選手でした。彼は既婚で、3人の息子がいました。長男のClark B. Millicanは著名な空気力学エンジニアになりました。別の息子Glennも物理学者で、「Because it's there」Mount Everestの有名なGeorge Leigh Malloryの娘Clareと結婚しました。Glennは1947年にCumberland Mountainsの登山事故で殺されました。

牧師の息子である宗教的な男として、後年Millicanはキリスト教信仰と科学の間の相補的な関係を強く主張しました。彼は1926～27年にエール大学でのTerry Lecturesでこれに対処しました。科学と宗教における進化として出版されました。彼はキリスト教一神論者で、有神論的進化の支持者でした。彼のより議論の余地のある信念は優生学でした。彼はHuman Betterment Foundationの初期の受託者の1人であり、サンマリノ、カリフォルニアを「北欧文明の最西端...この国のニューヨーク、シカゴ、または大都市に存在するよりも2倍はアングロサクソンである人口である「

Westinghouseタイムカプセル

1938年、彼はWestinghouse Time Capsulesに配置されるべき短い通路を書きました。

この瞬間、1938年8月22日、代表的投票制政府の原則は、アングロサクソン、フランス、スカンジナビア諸国の政府によって表現されるように、