Кіріспе

Американдық физик (1868–1953)
Нобель сыйлығының лауреаты

Роберт Эндрюс Милликан (22 наурыз 1868 – 19 желтоқсан 1953) – американдық тәжірибелік физик, 1923 жылы элементарлық электр зарядын өлшеуі және фотоэлектрлік эффект бойынша жұмысы үшін физика саласындағы Нобель сыйлығын жеңіп алды. Милликан 1891 жылы Оберлин колледжін бітіріп, 1895 жылы Колумбия университетінде докторлық диссертациясын қорғады. 1896 жылы Чикаго университетінде ассистент болып жұмыс істеді, ал 1910 жылы профессор атанды. 1909 жылы Милликан бір электронның электр зарядын анықтау мақсатында тәжірибелер сериясын бастады. Ол электр өрісінде зарядталған су тамшыларының траекториясын өлшеді. Нәтижелер тамшылардың заряды элементарлық электр зарядының есесінен тұратынын көрсетті, бірақ тәжірибе жеткілікті дәлдікке ие болмады. 1910 жылы ол судың тез булануына бейімділігін ескере отырып, оны маймен алмастырған май тамшысы тәжірибесі арқылы дәлірек нәтижелерге қол жеткізді. 1914 жылы Милликан Альберт Эйнштейннің 1905 жылы фотоэлектрлік эффектті сипаттау үшін енгізген теңдеуін тәжірибелік тұрғыдан тексеруді де осы шеберлікпен жүзеге асырды. Ол осы зерттеуді Планк тұрақтысының нақты мәнін алу үшін пайдаланды. 1921 жылы Милликан Чикаго университетінен Калифорния штатының Пасадена қаласындағы Калифорния технология институтының (Caltech) Норман Бридж физика зертханасының директоры лауазымына көшті. Ол онда физик Виктор Гесс ашқан сыртқы кеңістіктен келетін радиацияны зерттеуді бастады. Милликан бұл радиацияның шынымен де сыртқы кеңістіктен екенін дәлелдеді және оны «космостық сәулелер» деп атады. 1921 жылдан 1945 жылғы зейнеткерлікке дейін Caltech-тің Атқарушы кеңесінің төрағасы (сол кездегі мектептің басқару органы) ретінде Милликан мектептің АҚШ-тағы жетекші ғылыми-зерттеу орталықтарының біріне айналуына көмектесті. Сондай-ақ ол 1921 жылдан 1953 жылға дейін қазіргі Science & the Public Society деп аталатын Science Service сенімділер кеңесінде қызмет етті. Милликан Америка философиялық қоғамының, Америка өнер және ғылым академиясының және АҚШ Ұлттық ғылым академиясының сайланған мүшесі болды.

Білім

Роберт Эндрюс Милликан 1868 жылдың 22 наурызында Иллинойс штатының Моррисон қаласында дүниеге келді. – ол бұл бөлімнен Ph.D. дәрежесін алған алғашқы адам болды. Екінші курстың соңында [ ] менің грек тілі профессорым [ ] келесі жылы дайындық бөлімінде элементар физика курсын оқытуды сұрады. Мен физикадан мүлдем хабарсыз екенімді айтсам, ол: «Менің грек тілімді жақсы білетін кез келген адам физиканы оқыта алады» деді. «Жарайды», дедім мен, «нәтижесіне өзің жауап бересің, мен не істей алатынымды көрейін». Мен бірден Эверидің «Физика элементтері» кітабын сатып алып, 1889 жылғы жазғы демалысымның көп бөлігін үйде осы пәнды меңгеруге арнадым. Мен 1889 жылы физикадан алғашқы курста оқығаннан артық жақсы сабақ бергенімді күмәнданамын. Мен білімімді сыныптан озып кеткендей ұстауға тырыстым, мүмкін олар менің қызығушылығым мен құлшынысымды сезінген шығар. Милликанның білім беруге деген ынтасы өмірі бойы сақталды, ол көптеген жағынан заманынан озып кеткен, танымал және ықпалды оқулықтардың бір авторы болды. Сол кездегі басқа кітаптармен салыстырғанда, олар физиктердің ойлау жолымен тақырыпты көбірек қарастырды. Сонымен қатар, олар студенттерден тек формулаға сандарды қоюды ғана талап етудің орнына, түсініктерді тексеруге бағытталған көптеген үй тапсырмаларын қамтыды.

Электронның заряды

1908 жылдан бастап Чикаго университетінің профессоры болған Милликан бір электронның зарядын өлшеу үшін май тамшысы тәжірибесімен айналысты. Дж. Дж. Томсон электронның зарядқа және массаға қатынасын бұрын анықтаған. Дегенмен, нақты заряд және масса мәндері белгісіз болды. Сондықтан, егер осы екі мәннің біреуі анықталса, екіншісін оңай есептеуге болар еді. Милликан және оның аспиранты Харви Флетчер электронның зарядын өлшеу үшін май тамшысы тәжірибесін пайдаланды (сондай-ақ электрон массасын және Авогадро тұрақтысын, олардың электрон зарядымен байланысы белгілі болды). Профессор Милликан Харви Флетчердің диссертациясы бойынша нәтижеге толық авторлық құқықты иеленгені үшін, өзінің еңбегі үшін жеке мақтау алды. Милликан 1923 жылы физика саласындағы Нобель сыйлығын, ішінара осы жұмысы үшін жеңіп алды, ал Флетчер осы келісімді өмірінің соңына дейін құпия сақтады. 1910 жылы алғашқы нәтижелері жарияланғаннан кейін, Феликс Эренхафттың қайшы келетін байқаулары екі физик арасында пікір тудырды. Ол құрылғысын жақсартқаннан кейін, Милликан өзінің маңызды зерттеуін 1913 жылы жариялады. Элементар заряд – физиканың негізгі тұрақтыларының бірі, оның мәнін дәл білу өте маңызды. Оның тәжірибесі екі металл электродтарының арасында гравитацияға қарсы ілініп тұрған май тамшыларына түсетін күшті өлшеді. Электр өрісін білгенде, тамшыдағы зарядты анықтауға болады. Көптеген тамшылар үшін тәжірибени қайталап, Милликан нәтижелерді жалпы мәннің бүтін сан еселігі ретінде түсіндіруге болатынын көрсетті (1.592 × 10−19 кулон), бұл бір электронның заряды. Бұл қазіргі заманғы 1.602 176 53(14) × 10−19 кулоннан сәл төмен болуы, мүмкін, Милликанның ауаның тұтқырлығы үшін дұрыс емес мәнді қолдануына байланысты. Милликанның май тамшысы тәжірибесі кезінде субатомдық бөлшектердің бар екені анық болғанымен, барлығы оған сенбеді. 1897 жылы катодтық сәулелермен тәжірибе жасаған Дж. Дж. Томсон теріс зарядталған «корпускулдарды» ашты, оларды сутегі ионының массасына қатынасы 1840 есеге тең зарядталған деп атады. Джордж Фитцджеральд пен Вальтер Кауфман да ұқсас нәтижелерге қол жеткізді. Электр және магнетизм туралы сол кездегі барлық білім зарядтың үздіксіз өзгеретін шама екендігіне негізделген. Бұл жарықтың көптеген қасиеттерін фотондар ағыны емес, үздіксіз толқын ретінде қарастыру арқылы түсіндіруге ұқсас. Май тамшысы тәжірибесінің артықшылығы – зарядтың негізгі бірлігін өте дәл анықтауға мүмкіндік берумен қатар, Милликанның құрылғысы зарядтың квантталғандығын «тәжірибелік түрде» көрсетуге мүмкіндік берді. General Electric компаниясының Чарльз Штайнметц, бұрын зарядтың үздіксіз өзгеретін шама деп ойлаған, Милликанның құрылғысымен жұмыс істегеннен кейін өз пікірін өзгертті.

Деректерді таңдау туралы дау

Милликеннің электрон зарядын өлшеу үшін екінші экспериментінен алынған нәтижелерді пайдаланудағы таңдаулылыққа қатысты пікір таластар бар. Бұл мәселені Колорадо университетінің бұрынғы жоғары энергиялық экспериментшісі және қазіргі ғылым философы Аллан Франклин талқылады. Франклин Милликеннің деректерді жоюы алынған зарядтың соңғы мәніне әсер етпейді, бірақ Милликеннің айтарлықтай "косметикалық түзетулері" статистикалық қателікті азайтты деп санайды. Бұл Милликенге электрон зарядын бір пайыздан жартысынан да артық дәлдікпен анықтауға мүмкіндік берді. Шындығында, егер Милликен тастаған барлық деректерін ескергенде, қателік 2%-дан кем болар еді. Бұл, әрине, Милликеннің сол кездегілерден гөрі e− зарядын жақсы өлшегенін көрсетсе де, сәл үлкен белгісіздік физикалық қауымдастықта оның нәтижелерімен келіспеушіліктерге мүмкіндік берген болар, ал Милликен мұндай жағдайды болдырмауға тырысқан болуы мүмкін. Дэвид Гудштейн Милликеннің 60 күндік кезеңде байқалған барлық тамшылар мақалада қолданылды деген мәлімдемесі, "толық байқау сериясы жасалған тамшылардың" барлығын нақтылайтын келесі сөйлемде түсіндірілгенін айтады. Гудштейн мұның шындыққа сәйкес екенін куәландырады және екі сөйлемнің арасында бес беттік кестелер орналасқандығын атап өтеді.

Фотоэлектрлік әсер

Альберт Эйнштейн 1905 жылы жарық бөлшектік теориясы туралы мақаласын жариялағанда, Милликан оның бұрыс екеніне көз жеткізді, себебі жарықтың толқын екенін көрсететін мол деректер бар еді. Ол Эйнштейннің теориясын тексеру үшін он жылдық тәжірибелік бағдарламаны іске қосты, ол фотоэлектродтың өте таза металл бетін дайындау үшін «вакуумдегі машина жасау шеберханасы» деп сипаттаған құрылғыны салуды қажет етті. 1914 жылы жарияланған оның нәтижелері Эйнштейннің болжамдарын толыққанды растады, бірақ Милликан Эйнштейннің түсіндірмесіне сенбеді және 1916 жылға дейін былай деп жазды: «Менің ойымша, Эйнштейннің фотоэлектрлік теңдеуін қазіргі уақытта ешқандай қанағаттанарлық теориялық негізге сүйенген деп қарауға болмайды», тіпті «ол фотоэлектрлік эффектінің мінез-құлқына өте дәл келеді». Дегенмен, 1950 жылғы өзінің өмірбаяннда ол өз жұмысының «Эйнштейн бастапқыда ұсынғаннан басқа, яғни жарықтың жартылай бөлшектік немесе фотондық теориясынан басқа түсіндіруге мүмкіндік бермейтінін» мәлімдеді. Милликанның еңбегі қазіргі заманғы бөлшектер физикасының негізін құраса да, ол фотон теориясы сияқты 20-ғасыр физикасының дамуына қатысты консервативті көзқарас сақтады. Мысалы, оның оқулығында, тіпті 1927 жылғы нұсқасында да эфирдің бар екендігі нақты айтылады, ал Эйнштейннің салыстырмалылық теориясы туралы Эйнштейннің портреті астындағы суреттің соңындағы түсіндірмеде ғана айтылады, онда оның жетістіктерінің тізімінде соңғысы ретінде «1905 жылы ерекше салыстырмалылық теориясының және 1914 жылы жалпы салыстырмалылық теориясының авторы» екені көрсетілген. Милликан әртүрлі металдардың фотоэлектрлік эмиссиялық графиктерін пайдаланып Планк тұрақтысының мәнін өлшеумен де танымал.

Кейінгі өмірі

1917 жылы күн астрономы Джордж Эллери Хейл Милликанды жыл сайын бірнеше айды Калифорния штатының Пасадена қаласындағы шағын академиялық мекеме – Тхруп технологиялық колледжінде өткізуге көндірді. Хейл осы оқу орнын ғылыми зерттеулер мен білім берудің маңызды орталығына айналдыруды қалаған. Бірнеше жылдан кейін Тхруп колледжі Калифорния технология институтына (Caltech) айналды, ал Милликан Чикаго университетінен келіп, Caltech-тің «атқару кеңесінің төрағасы» (де-факто президенті) болды. Милликан 1921 жылдан 1945 жылға дейін осы лауазымда қызмет етті. Caltech-те оның ғылыми зерттеулерінің басым бөлігі «космикалық сәулелерді» зерттеуге бағытталған (бұл термин оның өзі жасаған термині). 1930 жылдары ол Артур Комптонмен бірге космикалық сәулелердің жоғары энергиялы фотондардан (Милликанның пікірі) немесе зарядталған бөлшектерден (Комптонның пікірі) тұратыны туралы пікірталасқа түсті. Милликан өзінің космикалық сәуле фотондарын энтропияға қарсы тұрып, ғаламның жылулық өлімін болдырмау үшін үнемі жаңа атомдардың «туылу шырықтары» деп санады. Комптонның дұрыстығы Жердің магнит өрісінің космикалық сәулелерді бұратынын байқау арқылы дәлелденді (демек, олар зарядталған бөлшектер болуы керек). Милликан Бірінші дүниежүзілік соғыс кезінде Ұлттық зерттеулер кеңесінің вице-төрағасы болды. Ол сол кезде су астына қарсы және метеорологиялық құрылғыларды жасауға көмектесті. Соғыс кезінде генерал-инспектор Уильям Т. Вуд жүргізген тергеу Милликанның жеке пайда табу үшін басқа өнертапқыш жасаған центробегтік тапаншаның жобасын ұрлауға тырысқанын анықтады. Вуд Милликанның әскери қызметін тоқтатуды ұсынды, бірақ армия штабының бас қолбасшысының көмекшісі Франк МакИнтайр жүргізген келесі тергеу Милликанды ақтады. Милликан 1932 жылғы Лос-Анджелес Олимпиадасын ұйымдастыру комитетінің мүшесі болды және жеке өмірінде теннис ойнауды ұнатты. Ол үйленген және үш ұлы болған, ең үлкені Кларк Б. Милликан белгілі аэродинамикалық инженер болды. Тағы бір ұлы Гленн, физик болған ол, Джордж Ли Малоридің «Себебі ол онда» деп аталатын Эверест тауына қатысты қызы Клэрге үйленді. Гленн 1947 жылы Камберленд тауларында альпинизм кезінде қаза тапты. 1933 жылғы Лонг-Бич жер сілкінісінен кейін Милликан Жер сілкінісінен қорғау жөніндегі бірлескен техникалық комитеттің төрағасы болды. Олар болашақтағы жер сілкінісінде адам өмірін және мүлікті сақтау үшін қатаң құрылыс нормаларын ұсынатын есеп дайындады. Діндар және дін қызметкерінің ұлы болған Милликан өмірінің соңғы жылдары христиан діні мен ғылымның толықтыратын қарым-қатынасын қатты қолдады. Ол 1926-1927 жылдары Йельде оқыған «Терри лекцияларында» жариялаған «Ғылым мен діндегі эволюция» еңбегінде бұл мәселеге тоқталды. Ол христиандық теист және теистік эволюцияның жақтаушысы болды. Оның евгеникаға қатысты көзқарасы даулы болды – ол Адамды жақсарту қорының алғашқы сенімділерінің бірі болды және Сан-Марино, Калифорнияны «Нордикалық өркениеттің ең батыс бекінісі [мен] Нью-Йорк, Чикаго немесе осы елдің кез келген ірі қалаларындағыдан екі есе көп англосаксон халқымен» деп мақтады. 1936 жылы Милликан сол кездегі нәсілдік сегрегациялы Оңтүстік Америка Құрама Штаттарындағы Дьюк университетінің президентіне әйел физикті жұмысқа алмауға кеңес берді және жас еркектерді жұмысқа алудың дұрыс екенін айтты. Милликанның Адамды жақсарту қорымен байланысы болғандықтан, 2021 жылдың қаңтар айында Caltech қамқоршылар кеңесі Милликанның есімін (және қормен байланысты тағы бес тарихи тұлғаның есімдерін) кампустағы ғимараттардан алып тастауға рұқсат берді.

Уэстингхаус уақыт капсуласы

1938 жылы ол «Вестингхаус» уақыт капсулаларына салынатын қысқа мәтін жазды. 1938 жылдың 22 тамызында, осы сәтте, ағылшын-саксон, француз және скандинавия елдерінің үкіметтеріндегідей, халықтың өкілдік билікке қатысу қағидалары, дерлік барлық жазба тарих бойында адамзаттың тағдырын бақылаған деспотизм қағидаларымен қақтығысқа келіп отыр. Егер осы күресте ақылға қонымды, ғылыми, прогрессивті принциптер жеңіске жетсе, адамзат алдында соғыссыз, алтын ғасыр болуы мүмкін. Егер деспотизмнің реакциялық принциптері қазір және болашақта жеңіске жетсе, адамзат тарихының болашағы өткендегідей соғыс пен қысымның қайғылы оқиғаларын қайталайды.

Өлім және мұра

Милликан 1953 жылы 85 жасында Калифорния штатының Сан-Марино қаласындағы үйінде жүрек талмасынан қайтыс болды және Глендейл қаласындағы Форрест-Лаун еске алу паркінің "Құрмет алаңында" жерленді. 1982 жылдың 26 қаңтарында АҚШ пошта қызметі оны 37 центтік "Ұлы американдықтар" сериясының (1980–2000) пошта маркасымен құрметтеді. Tektronix компаниясы Орегон штатының Портленд қаласындағы кампусының бір көшесіне Милликан атын берді, ал Портлендтің MAX Blue желісіндегі станциясы Милликан Way (MAX станциясы) деп аталды.

XXI ғасырда колледждердегі аттарын жою

ХХ ғасырдың ортасынан соңына қарай бірнеше колледждер Милликанның есімімен ғимараттарға, физикалық ерекшеліктерге, наградаларға және профессорлық лауазымдарға ат қойды. 1958 жылы Помона колледжі Милликанның құрметіне ғылыми ғимаратты Милликан зертханасы деп атады. Милликанның евгеника қозғалысымен байланысын қарастырғаннан кейін, колледж әкімшілігі 2020 жылдың қазан айында ғимаратты Мэри Эстелла Сивер және Карлтон Сивер зертханасы деп қайта атауға дауыс берді. Калтех кампусында бірнеше физикалық нысандар, бөлмелер, наградалар және профессорлық лауазым Милликанның құрметіне аталды, соның ішінде 1966 жылы құрылған Милликан кітапханасы. 2021 жылдың қаңтар айында қамқоршылар кеңесі Милликанның евгеникамен байланысы болғандықтан, оның есімін Калтех кампусынан дереу алып тастауға дауыс берді. Роберт А. Милликан кітапханасы Калтех залы деп өзгертілді. 2021 жылдың қараша айында Роберт А. Милликан профессорлық лауазымы Сот Ширли Хафстедлер профессорлық лауазымы деп қайта аталды.

21-ғасырда орта мектептерден есімнің жойылуы мүмкін

2020 жылдың қараша айында Лос-Анджелес қаласының Шерман-Оукс ауданындағы Милликан орта мектебі (бұрынғы Милликан жасөсперімдер мектебі) мектебінің атын өзгерту процесін бастады. 2022 жылдың ақпан айында Лос-Анджелес біріктірілген мектеп округінің білім беру кеңесі музыкант Луи Армстронгтың құрметіне мектептің атын өзгертуге бірауыздан дауыс берді. 2020 жылдың тамызында Лонг-Бич біріктірілген мектеп округі Роберт А. Милликан атындағы мектебінің атын өзгерту қажеттілігін зерттейтін комиссия құрды. 2023 жылдың басына қарай Лонг-Бич әлі де Милликанның құрметіне аталған білім беру мекемесі бар жалғыз қала болып табылады.

Атауларды сыйлықтан алып тастау

2021 жылдың көктемінде Америка физика мұғалімдері қауымдастығы Роберт А. Милликан сыйлығынан – "физиканы оқытуға елеулі және интеллектуалды жаңалықтар енгізген үлестерді" марапаттайтын сыйлықтан – Милликанның есімін алып тастау туралы бірауыздан шешім қабылдады. Бірнеше ай өткен соң AAPT бұл сыйлықты өткен жылы қайтыс болған Вашингтон университетінің физика профессоры Лилиан К. Макдермоттың құрметіне қайта атауды жариялады.

Жеке өмір

1902 жылы Грета Эрвин Бланшардқа (1876–1955) үйленді. Олардың үш ұлы болды: Кларк Бланшард, Гленн Аллан және Макс Франклин. "Бұл адамдардан артық шындық іздеушілер, терең ойлы зиялылар кез келген уақытта, кез келген жерде табылмайды, десе де олардың әрқайсысы дінге берілген және дінді мойындаған адам болған".