10 Грудня 2022

Отто Штерн: вчений із Вроцлава, який досліджував молекулярний рух та товаришував з Ейнштейном

Related

“Ейнштейн” з Бреслау — лауреат Нобелівської премії Макс Борн

Німецький фізик-теоретик Макс Борн — член Лондонського королівського товариства...

Лауреат Нобелівської премії Ервін Шредінгер і його кіт

Нобелівський  лауреат Ервін Шредінгер відомий, як один з засновників...

Райнхард Зельтен та його “досконалість тремтячої руки”

Лауреат Нобелівської премії 1994 р. Райнхард Зельтен — перший...

Share

Майбутній лауреат Нобелівської премії  Отто Штерн народився в м. Сорау, в Нижній Сілезії, в 1888 р., а дитинство і юність провів у Бреслау (Вроцлаві), куди багатодітна сім’я (Отто був старшим із 5 дітей) переїхала, коли хлопчику виповнилося 4 роки. У Бреслау він закінчив початкову та середню школу, а, згодом, у 1912 р. захистив у місцевому університеті докторську дисертацію. Як склалося подальше життя видатного фізика, читайте у нашій статті, на сайті iwroclaw.com.

Фізична хімія та знайомство з Ейнштейном

Сім’я Штернів вважалася заможною, якщо не сказати більше. І батько, і мати Отто були представниками відомих торгових династій, які займалися виробництвом і продажем борошна та зерна. При цьому Штерни не були типовими вроцлавськими міщанами та підприємцями, швидше навпаки, у сім’ї прищеплювали дітям любов до літератури, науки, мистецтва. Своєю чергою, Отто з дитинства відрізнявся допитливістю і багато читав.

Все це, плюс матеріальний добробут, очевидно, і визначило його вибір — закінчивши школу Штерн кілька років самостійно вивчав природничі науки в найбільших університетах Німеччини, де й познайомився з роботами видатних фізиків та хіміків того часу. Так, найбільше Отто Штерна вразили праці Больцмана, Клаузіса та Нернста з молекулярної теорії, статистичної механіки та термодинаміки. Під враженням наукових досліджень цих вчених, він вибрав для своїх досліджень область фізичної хімії, тим більше, що і його викладачі в Бреслау працювали з аналогічними темами. 

У 1912 р. у житті Отто Штерна відбулася важлива подія. Завдяки рекомендації професора фізико-хімічного факультету університету Бреслау Отто Сакура, молодий вчений став керівником аспірантської роботи Альберта Ейнштейна, в Празькому університеті. І на цьому їхня співпраця не закінчилася — Штерн і Ейнштейн написали спільну наукову статтю, а коли автор теорії відносності переїхав до Швейцарії, Штерн пішов за ним. У Цюриху він якийсь час працював позаштатним лектором у місцевому федеральному училищі, але невдовзі розпочалася Перша світова війна, і Отто забрали до армії.

Війна та перші наукові досягнення

Очевидно доля сприяла вченому, оскільки його служба в армії під час війни полягала… у спостереженні за погодою — Штерн служив у метеорологічному загоні. Заняття це було не надто обтяжливим, і в нього залишалося багато вільного часу, який Отто витрачав на науку, продовжуючи теоретичні дослідження. Фортуна і надалі була до нього прихильною, через якийсь час Штерна перевели до однієї з наукових лабораторій Берлінського університету, де проводилися дослідження на замовлення німецького оборонного комплексу. Тут він познайомився з “зірками” першої величини у світі фізики — Максом Борном, Джеймсом Франком, Максом Фольмером, і під впливом їх поглядів перейшов від теоретичних розробок до емпіричних.

Після закінчення війни Борна призначили директором Інституту теоретичної фізики у Франкфуртському університеті, а Отто Штерн став його помічником. Незабаром вчені опублікували спільну роботу щодо поверхневої енергії твердих тіл. Проте область експериментів цікавила Штерна дедалі більше, тим паче що у цей час він захопився ідеями Джеймса Максвелла, викладеними у його теорії молекулярного руху.

 “Закони Максвелла” вважалися класичними та були визнані науковою спільнотою, без практичних результатів досліджень. Отто Штерн вирішив виправити цю помилку. У своїй роботі він спирався на розроблений кілька років до цього метод молекулярних пучків французького вченого Луї Дюнойє.

Пічка для атомів

Експеримент вимагав спеціального обладнання, яке було створено за проєкт Штерна. Це була установка, що нагадувала піч, яка “випаровувала” атоми срібла, із встановленого всередині зразка.

 Атоми потрапляли у вакуумну камеру, через спеціальний отвір і проходили ще через одне, аналогічне, встановлене на певній відстані. У процесі руху відбувалося “вирізання” потоку атомів, пучок яких ставав тонше. 

Завданням Штерна було виміряти швидкість і кількість частинок, що проходили через другий отвір, для чого вчений використовував спеціальну систему зубчастих коліс. Знаючи ширину щілини між зубцями коліс, швидкість їхнього обертання та відстань між ними, Штерн у результаті зумів обчислити швидкість атомів.

Основна частина експерименту була закінчена в 1920 р. Завдяки результатам цього досвіду, у фізиків з’явилася можливість спостерігати за атомами, використовуючи звичайне лабораторне обладнання.

Професор Штерн

У 1921 р. Штерн разом із фізиком Вальтером Герлахом провів ряд експериментів вивчення магнітних моментів атомів, які підтвердили основні тези квантової теорії

У тому ж році Штерн став професором фізики в Ростокському університеті, а через два роки отримав таку ж посаду в Гамбурзі. Там вченому виділили лабораторію, де він займався дослідженнями методу молекулярних пучків, який використовував для підтвердження теорії Луї де Бройля про хвильові властивості квантів та довжину хвиль.

У своїх експериментах Штерн спирався на винайдену ним “піч” із системою зубчастих коліс, але цього разу він вимірював швидкість атомів гелію.

В результаті серії досвідів було визначено довжину хвилі для частинок гелію, що підтвердило припущення де Бройля і в результаті відіграло важливу роль у розвитку квантової механіки.

У наступні роки Штерн займався дослідженнями магнітного моменту протона і довів, що його величина вдвічі більша, ніж передбачала раніше теоретична фізика.

Еміграція до США

У 1933 р. Гітлер став канцлером Німеччини, а влада перейшла до нацистів, основним завданням яких стало вигнання євреїв із країни. З цією метою було прийнято низку антисемітських законів, які забороняли особам єврейської національності займатися певними видами діяльності, у тому числі науковою роботою.

Незабаром багатьох видатних учених звільнили через їхнє неарійське походження. Штерн теж був євреєм, але його не чіпали, можливо, через службу в німецькій армії в Першу світову війну. Проте вчений сам подав у відставку на знак протесту, і разом із колегою Еммануелем Естерманом поїхав до США на запрошення Технологічного інституту Карнегі. Там він продовжив дослідження молекулярних пучків.

У 1939 р. Отто Штерн отримав американське громадянство і після вступу США у війну, працював у міністерстві оборони.

Нобелівська премія та останні роки життя

Під час Другої світової війни Нобелівську премію не присуджували, проте в 1943 р. Штерн все ж таки отримав нагороду “за розвиток методу молекулярних пучків та дослідження магнітних властивостей протонів”. Її передали вченому на спеціальному заході, організованому на честь нього Американо-Скандинавським фондом. А ось свою, обов’язкову для лауреатів, нобелівську лекцію Штерн прочитав лише за кілька років, після закінчення війни.

У 1946 р. Штерн покинув інститут Карнегі й виїхав до Берклі, де мешкали його сестри. Він практично перестав займатися науковою діяльністю, жив сам, рідко з ким спілкувався. Кілька разів він відвідував Європу, але при цьому категорично відмовлявся приїжджати до Німеччини та отримувати пенсію від уряду.

В останні роки життя вчений полюбив кінематограф і часто відвідував кінотеатри у Берклі. У 1969 р. під час одного з таких сеансів у нього стався серцевий напад. Лікарі не змогли врятувати 82-річного вченого, і він помер. Поховали одного з найвидатніших фізиків XX ст. на місцевому кладовищі, у Берклі.

.,.,.,.