Przyszły noblista Otto Stern urodził się w Sorau na Dolnym Śląsku w 1888 roku, a dzieciństwo i młodość spędził w Breslau (Wrocławiu), dokąd jego liczna rodzina (Otto był najstarszy z 5 dzieci) przeniosła się, gdy miał 4 lata. W Breslau ukończył szkołę podstawową i średnią, a później, w 1912 roku, obronił pracę doktorską na tamtejszym uniwersytecie. Przeczytaj nasz artykuł na iwroclaw.com, aby dowiedzieć się, jak dalej rozwijało się życie wybitnego fizyka.
Chemia fizyczna i spotkanie z Einsteinem
Rodzina Sternów uchodziła za zamożną, by tak rzec. Zarówno ojciec, jak i matka Ottona byli przedstawicielami znanych dynastii kupieckich zajmujących się produkcją i sprzedażą mąki oraz zboża. Jednocześnie Sternowie nie byli typowymi wrocławskimi mieszczanami i przedsiębiorcami, wręcz przeciwnie – rodzina zaszczepiła swoim dzieciom miłość do literatury, nauki i sztuki. Otto natomiast był ciekawski i od dziecka dużo czytał.
Wszystko to, plus dobrobyt materialny, w oczywisty sposób zadecydowało o jego wyborze: po ukończeniu szkoły Stern spędził kilka lat na samodzielnym studiowaniu nauk przyrodniczych na największych uniwersytetach w Niemczech, gdzie zapoznał się z pracami najwybitniejszych fizyków i chemików tamtych czasów. I tak Otto Stern był pod największym wrażeniem prac Boltzmanna, Clausiusa i Nernsta z zakresu teorii molekularnej, mechaniki statystycznej i termodynamiki. Będąc pod wrażeniem badań naukowych tych naukowców, wybrał dla swoich badań dziedzinę chemii fizycznej, zwłaszcza że jego nauczyciele we Wrocławiu zajmowali się podobnymi zagadnieniami.
W 1912 roku w życiu Otto Sterna miało miejsce ważne wydarzenie. Dzięki rekomendacji Otto Sakury, profesora Wydziału Fizyki i Chemii Uniwersytetu Wrocławskiego, młody naukowiec został opiekunem podyplomowym Alberta Einsteina na Uniwersytecie Praskim. Na tym ich współpraca się nie skończyła – Stern i Einstein napisali wspólny artykuł naukowy, a gdy twórca teorii względności przeniósł się do Szwajcarii, Stern podążył za nim. W Zurychu przez pewien czas pracował jako samodzielny wykładowca w miejscowej szkole federalnej, ale wkrótce wybuchła I wojna światowa i Otto został powołany do wojska.
Wojna i pierwsze osiągnięcia naukowe
Najwyraźniej los sprzyjał naukowcowi, gdyż jego służba w wojsku podczas wojny polegała na… obserwowaniu pogody – Stern służył w jednostce meteorologicznej. Zajęcie to nie było zbyt uciążliwe, a on sam miał dużo wolnego czasu, który Otto poświęcał na naukę, kontynuując swoje badania teoretyczne. Fortuna nadal mu sprzyjała i po pewnym czasie Stern został przeniesiony do jednego z laboratoriów naukowych Uniwersytetu Berlińskiego, gdzie prowadzono badania na zlecenie niemieckiego przemysłu obronnego. Tutaj poznał kilka największych gwiazd światowej fizyki – Maxa Borna, Jamesa Franka, Maxa Vollmera – i pod wpływem ich poglądów przeszedł od badań teoretycznych do empirycznych.
Po wojnie Born został mianowany dyrektorem Instytutu Fizyki Teoretycznej na Uniwersytecie we Frankfurcie, a Otto Stern został jego asystentem. Wkrótce naukowcy opublikowali wspólną pracę na temat energii powierzchniowej ciał stałych. Jednak Stern coraz bardziej interesował się dziedziną eksperymentów, zwłaszcza że zafascynowały go idee Jamesa Maxwella, przedstawione w jego teorii ruchu cząsteczek.
„Prawa Maxwella” uważane były za klasyczne i uznawane przez środowisko naukowe, bez praktycznych wyników badań. Otto Stern postanowił naprawić ten błąd. W swojej pracy oparł się na metodzie wiązek molekularnych opracowanej kilka lat wcześniej przez francuskiego naukowca Louisa Dunoyera.
Piec dla atomów
Eksperyment wymagał specjalnego sprzętu, który został zaprojektowany przez Sterna. Był to układ przypominający piec, który „odparowywał” atomy srebra z próbki znajdującej się wewnątrz.
Atomy wchodziły do komory próżniowej przez specjalny otwór i przechodziły przez inny, podobny otwór znajdujący się w pewnej odległości. W procesie ruchu strumień atomów był „przecinany”, a wiązka stawała się cieńsza.
Zadaniem Sterna było zmierzenie prędkości i liczby cząstek przechodzących przez drugi otwór, do czego użył specjalnego systemu kół zębatych. Znając szerokość szczeliny między zębami kół, prędkość ich obrotu oraz odległość między nimi, Stern był w stanie obliczyć prędkość atomów.
Główna część eksperymentu została zakończona w 1920 r. Dzięki wynikom tego doświadczenia fizycy mogli obserwować atomy przy użyciu konwencjonalnego sprzętu laboratoryjnego.
Profesor Stern
W 1921 roku Stern, wraz z fizykiem Walterem Gerlachem, przeprowadził serię eksperymentów dotyczących momentów magnetycznych atomów, które potwierdziły podstawowe tezy teorii kwantowej
W tym samym roku Stern został profesorem fizyki na Uniwersytecie w Rostocku, a dwa lata później powołano go na to samo stanowisko w Hamburgu. Tam naukowiec otrzymał laboratorium, w którym badał metodę wiązki molekularnej, którą wykorzystał do potwierdzenia teorii Louisa de Broglie’a o falowych właściwościach kwantów i długości fali.
W swoich eksperymentach Stern polegał na wynalezionym przez siebie „piecu” z systemem kół zębatych, ale tym razem mierzył prędkość atomów helu.
W wyniku serii eksperymentów wyznaczono długość fali cząstek helu, co potwierdziło założenie de Broglie’a i w efekcie odegrało ważną rolę w rozwoju mechaniki kwantowej.
W kolejnych latach Stern badał moment magnetyczny protonu i udowodnił, że jego wartość jest dwukrotnie większa niż wcześniej przewidywała fizyka teoretyczna.
Emigracja do Stanów Zjednoczonych
W 1933 roku Hitler został kanclerzem Niemiec, a władzę przejęli naziści, których głównym zadaniem było wypędzenie Żydów z kraju. W tym celu uchwalono szereg antysemickich ustaw, które zabraniały osobom narodowości żydowskiej zajmowania się pewnymi zajęciami, w tym pracą naukową.
Wkrótce wielu wybitnych naukowców zostało zwolnionych z powodu ich niearyjskiego pochodzenia. Stern również był Żydem, ale nie dotknęło go to, być może z powodu służby w niemieckiej armii w I wojnie światowej. Naukowiec zrezygnował jednak w proteście i wraz ze swoim kolegą Emmanuelem Estermannem wyjechał do Stanów Zjednoczonych na zaproszenie Carnegie Institute of Technology. Tam kontynuował swoje badania nad wiązkami molekularnymi.
W 1939 roku Otto Stern został obywatelem amerykańskim i po przystąpieniu USA do wojny pracował dla Ministerstwa Obrony.
Nagroda Nobla i ostatnie lata życia
W czasie II wojny światowej nie przyznawano Nagrody Nobla, ale w 1943 roku Stern otrzymał ją „za rozwój metody wiązki molekularnej i badanie właściwości magnetycznych protonów”. Wręczono ją naukowcowi na specjalnej uroczystości zorganizowanej na jego cześć przez Fundację Amerykańsko-Skandynawską. Stern wygłosił jednak swój obowiązkowy wykład noblowski dopiero kilka lat później, po zakończeniu wojny.
W 1946 roku Stern opuścił Carnegie Institution i przeniósł się do Berkeley, gdzie mieszkały jego siostry. Praktycznie przestał prowadzić badania, mieszkał samotnie i rzadko się z kimkolwiek kontaktował. Kilkakrotnie odwiedził Europę, ale kategorycznie odmówił przyjazdu do Niemiec i otrzymania emerytury od rządu.
W ostatnich latach życia naukowiec zakochał się w kinie i często odwiedzał kina w Berkeley. W 1969 roku, podczas jednego z takich seansów, dostał ataku serca. Lekarze nie byli w stanie uratować 82-letniego naukowca i ten zmarł. Jeden z najwybitniejszych fizyków XX wieku został pochowany na lokalnym cmentarzu w Berkeley.
