1923年诺贝尔物理学奖

1923年诺贝尔物理学奖1923年物理学奖得主，是美国的罗伯特•密立根(RobertA.Millikan)，获奖原因是他精确测量了电子的电荷以及验证了光电效应。他是美国历史上第二位获得诺贝尔物理学奖的科学家，第一位是1907年获奖的麦克尔逊。罗伯特•安德鲁•密立根(RobertAndrewsMillikan,1868-1953),从小对新奇的物事感兴趣，并且乐于动手实验。他8岁那年，有一家大的电话公司要举办展览会，他知道后，立即做了一个“电话装置”，用硬纸板做成两个纸筒，底面糊上纸，用纱线代替导线穿好，和小朋友们玩起了打电话的游戏，通话距离达到100米。密立根小时候家境不好，让他养成了吃苦耐劳的品德，并保持终生。他十分重视体育锻炼，练就了一身强劲的体魄，为后来从事科学研究打下了坚实的身体基础。上大学后，他对物理学十分痴迷，在俄亥俄洲奥柏林学院获得硕士学位后，留校做了物理系教师，颇受学生欢迎。此后，他先后去哥伦比亚大学和芝加哥大学深造，师从著名物理学家迈克尔逊，掌握了基本的实验技巧。他后来又去德国考察研究，见到了普朗克和伦琴。在那段时间，汤姆逊发现了电子，普朗克提出了量子论，伦琴发现了乂射线，这些重大的科学发现不断激励着密立根，让他对未来充满了希望。密立根于1896年回国后，受迈克尔逊的邀请到芝加哥大学工作。1921年，他转到加洲理工学院做教授，一直在那里工作到退休。20世纪初，密立根致力于美国的物理学的教学工作，编撰了多部基础教材，对美国的物理学教学起到了巨大的推动作用。特别是《物理学基础教程》一书，很快成了物理学专业的标准教科书，多年畅销。1906年，密立根开始研究电子电荷的精确测量问题。当时，汤姆逊领导的卡文迪什实验室以及其他的研究机构，已经多次测量过电子的电荷，却没有得到可靠的数值。少数物理学家甚至怀疑，单个电子并不带稳定的电荷，电现象只是带电物质的一种宏观特征。密立根开始时使用的装置是威尔逊发明的气雾室。首先测定带电的水蒸汽云在重力作用下的下降速率，然后用电场的反射作用力影响这一速率，再利用期托克斯的粘性定律计算出云雾的质量，这样就可以计算出离子的电荷以及离子的数量，从而得到单个离子（电子）的电荷数值。密立根改进了这一实验装置，使用镭作为辐射电离源，代替原来的X射线，效果比威尔逊的略好,得到的结果为e=4.03X10-i。静电单位。1909年，在卢瑟福的鼓励下，密立根进一步改进了实验装置，把对云雾的测量转变为对带电水滴的测量，由此发明了水珠平衡法。他在实验中观察到，在任何带电的水滴上，所带电荷都是一个不可减小的数值的整数倍，这一结果为电子携带单位电荷提供了证据。1909年底，他测定的电子电荷为4.65X10-10静电单位。1910年8月，密立根参加了在加拿大举办的英国科学促进会议，数学物理分会的主席正是卢瑟福，他对密立根的工作给予肯定，并希望得到更加精确的测量结果。就在从加拿大返回的火车上，密立根突然产生灵感，想到可以用钟表油做成液滴，代替原来的水滴，就可以避免水滴因蒸发而改变尺寸的问题。回到芝加哥以后，他马上着手进行实验，经过反复努力终于实验成功，于1910年底公布了新的测量结果，电子的电荷为4.891x10-1。静电单位。密立根的实验仪器由两块精确加工的金属板组成，金属板的直径为22厘米，两块金属板之间相距16厘米。上面一块金属板的中间有一个小洞，可以让直径0.001毫米的油滴穿过。使用镭源作为使油滴电离的手段，对金属板施加稳定的高电压。密立根借助于垂直于显微镜瞄准线的亮光来观察油滴，看到的油滴都是闪亮的小光点。如果未施加电压，油滴就会按斯托克斯定律下落，测定油滴下落的速度就可以测定其质量。施加一定的电压后，就可以便一部分油滴悬浮于空中，由此就可以根据几种已知量，计算出油滴的整体电荷，进一步就可以得到单个电荷的基本值。1913年，密立根完成了电子电荷的精确测量工作，测定的电荷值为4.774±0.009x10-1。静电单位，这个结果在后来很长一段时间内都被当作电子的标准电荷而使用。现在这一数值被修正为4.803x10-1。静电单位。除了这一划时代的研究成果外，1916年，密立根还通过实验证实了爱因斯坦方程的正确性，即被照射物体所发射的电子的最大速度与光强无关，只与照射光的频率有关。从而证实了爱因斯坦光量子理论对光电效应的分析，光量子理论才得到人们的承认。从20世纪20年代开始，密立根把大部分精力投入到宇宙射线的研究当中。早在1912年，出生在奥地利的物理学家V.赫斯（Hess）就发现了在12000英尺高空大气电离增加的现象，由此猜测存在来自太空的某种神秘辐射。但大多数物理学家把这种现象归结为地球上的事物影响，诸如闪电时的放电或放射性。密立根使用高气球探测高空的辐射现象，到达高度15公里，又在高山顶上使用铅屏蔽进行同类实验，都不能得出准确的判断。1925年，密立根对加利福尼亚山上的缪尔湖与箭头湖中电离程度随深度的变化进行测量，两个湖充满积雪，相距数十英里，湖面的大气层相差6675英尺（约合2034米）。密立根在实验中探测到，箭头湖任何深度的电离强度，都与缪尔湖中同样深度低6英尺（约1.83米）的电离强度相同。而两个湖面之间大气层的吸收能力，恰好相当于6英尺水的吸收能力。这个结果决定性在确认了辐射来自外太空，而不是来自地球的环境。而且电离强度也不随着昼夜交替而改变，并且均匀分布于空间的各个方向。密立根还发现，这种来自空间的射线，甚至比穿透能力最强的Y射线还要强。在随后的研究中，密立根认定宇宙射线由光