Μίλικαν, Ρόμπερτ Άντριους

(Robert Andrews Millikan, Μόρισον, Ιλινόις 1868 – Πασαντίνα, Καλιφόρνια 1953). Αμερικανός φυσικός. Για πολλά χρόνια υπήρξε καθηγητής στο πανεπιστήμιο του Σικάγο και το 1921 ανακηρύχθηκε διευθυντής του Τεχνολογικού Ινστιτούτου της Καλιφόρνιας στην Πασαντίνα, όπου έφτιαξε ένα άρτιο εργαστήριο φυσικής, για αρκετά χρόνια το καλύτερο στις ΗΠΑ. Το 1923 τιμήθηκε με το βραβείο Νομπέλ της φυσικής. Η σημαντικότερη έρευνά του ήταν σχετική με τη μέτρηση του φορτίου του ηλεκτρονίου, την οποία εκτέλεσε υποβάλλοντας στη δράση ενός ηλεκτρικού πεδίου πολύ μικρές σταγόνες ελαίου ή υδραργύρου, που σχηματίζονταν σε ιονισμένο αέρα από ακτίνες X (πείραμα του M.). H εφαρμογή των νόμων της φυσικής, που περιγράφουν τα φαινόμενα του πειράματος, τον οδήγησε σε μια τελική σχέση η οποία έδινε την απόλυτη τιμή του φορτίου του ηλεκτρονίου συναρτήσει μετρήσιμων μεγεθών. Ασχολήθηκε επίσης με το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, πέτυχε τον πρώτο φωτοηλεκτρικό προσδιορισμό της ενέργειας των κβάντων του φωτός –σε αυτόν αποδίδεται ο πειραματικός προσδιορισμός της σταθεράς του Πλανκ– και μελέτησε το πεδίο των ορίων στις υπεριώδεις ακτινοβολίες μήκους κύματος περίπου 600 έως 100 Α (πεδίο του M.). Από το 1919 μελέτησε τις μεταβολές έντασης των κοσμικών ακτινοβολιών σε σχέση με το ύψος από την επιφάνεια της θάλασσας· εκτέλεσε επίσης και μετρήσεις της έντασης των κοσμικών ακτινοβολιών στον βυθό ορεινών λιμνών. πείραμα του Μ.Η σύλληψη των προϋποθέσεων του πειράματος του Μ. είναι απλή: αν τοποθετηθεί ένα σώμα φορτισμένο με ηλεκτρικό φορτίο (για παράδειγμα ένα φορτισμένο σταγονίδιο ελαίου) σ’ ένα ηλεκτρικό πεδίο, αυτό θα υφίσταται τη δύναμη της βαρύτητας –ανάλογη προς τη μάζα του σώματος– και τη δύναμη που ασκείται από το ηλεκτρικό πεδίο, η οποία, για μια δεδομένη ένταση του πεδίου, προκύπτει ανάλογη προς το φορτίο του σώματος. Αν προσανατολισθεί ένα ηλεκτρικό πεδίο κατάλληλης έντασης έτσι ώστε η δύναμη που ασκείται από αυτό, πάνω στο φορτισμένο σώμα, να είναι ίση και αντίθετη με αυτή του βάρους του θεωρούμενου σώματος, είναι δυνατόν να διατηρηθεί το σώμα (σταγόνα) σε στατική ισορροπία. Κάτω από αυτές τις συνθήκες, αν μεταβληθεί το ηλεκτρικό φορτίο του σώματος, χωρίς να μεταβληθεί ουσιωδώς η μάζα (αυτό είναι δυνατό αν για παράδειγμα κλείσουμε ένα σταγονίδιο μέσα σ’ ένα ιονισμένο αέριο: η πρόσληψη ενός ιόντος θα μεταβάλει το φορτίο του σταγονιδίου, αλλά όχι τη μάζα του, γιατί η μάζα ενός ιόντος και, ακόμα περισσότερο, η μάζα ενός ηλεκτρονίου είναι αμελητέα, έστω και σε σύγκριση με τη μάζα ενός πολύ μικρού σταγονιδίου) θα μεταβληθεί η δύναμη την οποία το ηλεκτρικό πεδίο ασκεί επί του σώματος, ενώ θα παραμείνει πρακτικά αμετάβλητη η έλξη της βαρύτητας. Από τη μεταβολή της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου, η οποία θα χρειαστεί για να επανέλθει η ισορροπία, είναι δυνατό να προσεγγιστεί η τιμή του φορτίου την οποία έλαβε το σώμα. Ενδιάμεσα θα χρειαστεί η τιμή της ακτίνας της σταγόνας, που είναι πολύ μικρή για να μετρηθεί άμεσα. Ο Μ. ξεπέρασε αυτό το εμπόδιο μηδενίζοντας το ηλεκτρικό πεδίο και μετρώντας την ορική ταχύτητα (όταν κατά την πτώση ενός σώματος το βάρος εξισορροπείται από την αντίσταση του αέρα) της σταγόνας καθώς αυτή έπεφτε. Αν και απλό στις έννοιές του, το πείραμα του Μ. παρουσιάζει σημαντικές πρακτικές δυσχέρειες, οι οποίες οφείλονται στη λεπτότητα των μετρήσεων που πρέπει να διενεργηθούν. Σταγόνες ελαίου πάρα πολύ μικρές, που προέρχονται από τον ψεκαστήρα (Α) και ηλεκτρίζονται με την τριβή, πέφτουν στο διάστημα μεταξύ των μεταλλικών πλακών Ρ και P’ περνώντας μέσα από τρύπες της πλάκας Ρ. Μεταξύ των δύο πλακών Ρ και P’ μπορεί να εγκατασταθεί μια γνωστή τάση μεταβλητή κατά βούληση. Η πτώση των σταγονιδίων, που γίνεται με τη δράση της δύναμης της βαρύτητας, μπορεί να επιβραδυνθεί ή να σταματήσει με την κατάλληλη μεταβολή της τάσης μεταξύ των πλακών. Παρατηρώντας μια σταγόνα με το μικροσκόπιο, μπορούμε να καθορίσουμε την ταχύτητά της. Η μάζα της σταγόνας προκύπτει από την ταχύτητα με την οποία αυτή πέφτει μέσα στο αέριο, που τοποθετείται μεταξύ των δύο πλακών, όταν το ηλεκτρικό πεδίο είναι μηδενικό. Αν το μεταξύ των δύο πλακών αέριο τεθεί σε ακτινοβολία ακτίνων Χ, παράγονται ιόντα, τα οποία, προσκρούοντας στη σταγόνα, μεταβάλλουν το φορτίο τους. Συνεπώς, μαζί με τη μεταβολή αυτή του φορτίου, μεταβάλλεται και η ταχύτητα πτώσης. Η μέτρηση της μεταβολής της ταχύτητας μιας σταγόνας γνωστής μάζας επιτρέπει να υπολογίσουμε το φορτίο που αυτή πήρε.