Robert A. Millikan

Robert Andrews Millikan (22 Mart 1868 - 19 Aralık 1953), temel elektrik yükü ve fotoelektrik etki üzerine çalışmaları ile 1923 Nobel Fizik Ödülü'nü kazanan Amerikalı deneysel fizikçidir.

1896 yılında Chicago Üniversitesi’nde asistan olduktan sonra 14 yıl sonra aynı üniversitede profesör oldu. 1909 yılında Millikan tek elekron taşıyan elektrik yükleri üzerinde çalışmaya başladı. Yüklenmiş su damlacıkları elektrik alanda izlediği yolu gözlemlemeye başladı. Sonuç olarak damlacıklardaki yükün temel elektrik olduğunu iddia etti, fakat deney ikna olunacak derecede hassas değildi. Millikan, 1910 yılında aynı deneyi yağın, suya göre daha hızlı buharlaşmasından dolayı su yerine yağ kullanarak yaptı ve daha tatmin edici sonuçlar elde etti.

Aynı araştırmayı Planck, sabitinin doğru değerini elde etmek içinde kullandı. 1921 yılında Chicago Üniversitesinden ayrıldı ve California Institute of Technology Üniversitesi’nin Norman Bridge fizik laboratuvarının yöneticisi oldu. Orada Victor Hess’in keşfettiği uzay radyasyonu hakkında önemli çalışmalar yaptı. Radyasyonun uzaydan geldiğini kanıtladı ve bunları “kozmik ışınlar” olarak adlandırdı. Caltech’in Yönetim Kurulu Başkanı olarak Millikan, 1921 yılından emekli olduğu 1945 yılına kadar, okulunu Birleşmiş Milletlerin öncü araştırma kurumlarından biri olmasını sağladı. Ayrıca Science Service'te mütevelli heyetinde 1921’den 1953 yılına kadar hizmet verdi.

Robert Andrews Millikan 22 Mart 1868 yılında Illinois, Morrison’da doğdu. Iowa Maquoketa’da lise öğrenimi gördü. Oberlin Üniversitesi’nden mezun oldu ve Columbia Üniversitesi’nde fizik bölümünde doktorasını tamamladı. (Fizik bölümünde doktor unvanını alan ilk kişiydi.)"Üniversitedeki ikinci yılımın sonuna doğru Yunanca öğretmenim bana bir sonraki yıl yeni başlayanlar için fizik öğretip öğretemeyeceğimi sordu. Bende ona fizik hakkında hiçbir şey bilmediğimi söyledim. Onun cevabı ise “Yunanca bilen herkes fizik öğretebilir” oldu. Bunun üzerine “bunun sonuçlarına katlanacaksınız, fakat deneyeceğim ve ne yapabileceğimi göreceğiz” dedim. Avery’nin Elements of Physics kitabını aldım ve 1889 yazının büyük bir çoğunu evde konu üzerinde çalışıp kendimi gelişmekle geçirdim.[...] Hayatım boyunca bir daha 1889 yılındaki fizik dersi gibi ders anlatamayacağıma dair şüphelerim vardı. Önümdeki dersler için yoğun bir biçimde bilgimi arttırmak istedim, belki o sınıf benim ilgimden ve coşkumdan bir şeyler kapmış olabilir."Millikan’ın eğitim aşkı kariyeri boyunca devam etti ve Millikan zamanın ilerisinde olan popüler ve etkili kitaplara imza attı. O zamanlardaki diğer kitaplarla kıyaslandığında diğerlerinden farklı olarak konuyu fizikçiler tarafından düşünüldüğü şekilde yazıldığı görülürdü. Bu kitaplarda ayrıca sadece içine sayıların yazılacağı formüllerin aksine özel sorular barındıran ödevler vardı.

Fakat asıl yük ve ağırlıkları tam olarak  bilinmiyordu. Eğer bu değerlerden biri hesaplanırsa diğeri kolayca bulunabilecekti. Millikan ve mezun öğrencisi Harvey Fletcher, oil-drop deneyini elektronun yükünü bulmak için kullandılar.

Profesör Millikan tüm övgüyü alırken karşılığında Harvey Fletcher, tezinin ve ondan çıkan sonuçların tüm yazarlığını üstüne aldı. Bu çalışmanın bir parçası olarak Millikan, 1923 senesinde Nobel Fizik Ödülünü alırken Fletcher, anlaşmalarını ölene kadar sır olarak sakladı.

Deney düzeneğimi geliştirdikten sonra Millikan ufuk açıcı çalışmasını 1913’te yayınladı. Fizikteki temel sabitlerden birinin temel yükünü ve kesin değerini bilmek büyük önem taşır. Deneyinde iki metal elektrot arasında yerçekimine karşı askıda kalan minik, yükü yağ damlacıklarının üzerlerindeki kuvvetleri ölçmüştür. Elektrik alanı bilindiğinden damlacıkların yükleri belirlenebilmektedir. Millikan, deneyini birçok damla için tekrarlayarak göstermiştir ki sonuçlar yaygın olarak bilinen bir değerin (1,592 × 10−19 coulomb), bir elektronun yükünün, tam sayı katlarını vermektedir. Bu değer modern değer olan 1,602.176.53(14) x 10−19'dan daha düşüktür, ki bu büyük ihtimal ile Millika’nın doğru olmayan viskozite değeri kullanması nedeniyle olmuştur.

Zamanında Millikan’ın oil-drop deneyleri atomaltı parçacıkların varlığını kesinleştirmeye başlasa da bu konuda herkes hemfikir olmamıştır. 1897’de katot ışınları ile yapılan deneylerde, J. J. Thomson negatif yüklü “zerreler” bulmuş ve bunların yük kütle oranının hidrojen iyonundan 1840 kat daha fazla olduğunu söylemiştir. Benzer sonuçlar George FitzGerald ve Walter Kaufmann tarafından da bulunmuştur. O zamanlar bilinenler büyük çoğunluklar elektrik ve manyetizm ile ilgiliyken, aynı ışığın özelliklerinin onu foton huzmesi olarak görmek yerine sürekli bir dalga olarak ele alınması ile açıklanması gibi, yükün sürekli bir değişken olduğu şeklinde açıklanması mümkündür.

Oil-drop deneyinin güzelliği temel bir birim olan yükün miktarını neredeyse kesin olarak belirlenmesini mümkün kılarken, Millikan'ın teçhizatının ayrıca yükün aslında kuantize edilişinin birinci elden gösterilmesini sağlar.

Millikan’ın ikinci elektron yükü ölçme deneyinin sonuçlarında bazı uyuşmazlıklar vardı. Bu durumu yüksek enerji deneyselcisi ve Colorado Üniversitesi'nde felsefeci olan Allan Franklin ile görüştü. Franklin Millikan’ın topladığı bilgilerin istisnalarının yükün son değerinin sonucunu değiştirmeyeceğini iddia etti. Fakat Millikan’ın önemli “kozmetik cerrahi” (su yerine yağ kullanması) istatistiksel hataları azaltmıştı. Bu durum Millikan’a yüzde 0.5 daha iyi elektron yükleri veriyordu, sonuç olarak Millikan bütün bilgileri çıkarsa hata yüzde 2 civarında bir hataya sahip oluyordu. Sonuçlar böyle olmasına rağmen elektron yüküne Millikan o zamana kadarki herkesten daha çok yaklaşmıştı. Daha büyük bir belirsizlik fizik topluluğuyla anlaşmazlıklara neden olabilirdi ki Millikan bu durumdan uzak duruyordu. Millikan’ın bütün damlacıklar altı gün boyunca gözlemlenip kaydedildi cümlesi bir sonraki “damlacıklar bütün bir seri gözlemle yapıldı” cümlesiyle karışıklığa neden oluyordu. Buda David Goodstein ile bir tartışmaya neden oldu. Goodstein bu durumu önlemek adına beş sayfalık tablolar ile bu iki cümleyi ayrıdı.

Einstein 1905 yılında ışık parçacık teorisini yayınladığında Millikan bunun yanlış olduğunu düşündü, çünkü binlerce kanıtla ışığın dalga olduğu kanıtlanmıştı. Einstein’ın teorisini test etmek için on yıl sürecek deneysel bir programa girişti. Bunun için çok düz temiz bir foto elektrot metal yüzey yapması gerekiyordu. 1914 yılında yayınladığı sonuçlarla Einstein’un öngörülerini onayladı,fakat Millikan Einstein’ın yorumuyla ikna olmadı. 1916 yılında foto elektrik hakkında şunları yazdı : “Einstein’ın fotoelektrik denklemi benim değerlendirmem dahilinde mevcut tatmin edici bir teori değildir” buna rağmen “ teori uygun bir şekilde tutum sergiliyor” demiştir.

Millikan modern fiziğin temelleri hakkında çalışmalar yapmasına rağmen, ironiktir ki kendi tutumunu yirminci yüzyıldaki değişiklere rağmen, tıpkı foto elektrik konusunda olduğu gibi korudu. Bir başka örneği ise kitabının 1927 basımında bulunur. Açık bir şekilde Einstein’ın görelilik teorisi hakkında çekimser bir şekilde Einstein’ın fotoğrafı altına şu cümleleri yazmıştır: “ 1905 Özel görelilik teorisinin ve 1914 yılındaki genek görelilik teorisinin yazarı, her ikisi de de büyük bir başarıdır ki açıklanamayan fenomenlere açıklamada ve yenilerini öngörmede  yardımcı olmuştur.”

1917 yılında güneş astronomu olan George Ellery Hale, Millikan’ı birkaç ayını Kaliforniya Pasadena'da bulunan Throop College of Technology adında küçük bir bilim kurumunda geçirmesi için ikna etti. Hale bu kurumun bilimsel araştırma ve eğitim için önemli bir merkez haline gelmesini temenni ediyordu. Birkaç yıl sonra “Throop Collage” California Institue of Technology (Caltech) oldu. Millikan Chicago Üniversitesi'ni bırakıp bu üniversitenin yönetim kurulu başkanı oldu. (Rektör kadar söz sahibi). Millikan 1921 ve 1945 yılları arası bu görevi yerine getirdi. Caltech bilimsel araştırmalarının büyük bir kısmı “kozmik ışınlar” üzerineydi. 1930’lu yıllarda Arthur Compton ile kozmik ışınlar hakkında bir tartışmaya girdi. Millikan kozmik ışınların yüksek enerjili fotonlar olduğunu Compton ise yüklü parçacıklar olduğunu iddia ediyordu. Millikan kozmik ışınların yeni oluşan atomların “doğum çığlıkları” olduğunu entropiyi etkisini yok etmek ve evrenin ısı ölümünü engellemek için olduğunu düşünüyordu. Compton sonuç olarak haklıydı. Çünkü kozmik ışınlar Dünya’nın magnetik alanını delip geçiyordu buda kozmik ışınların yüklü parçacıklar olduğu anlamına geliyordu.

Robert Millikan 1.Dünya savaşı esnasında Ulusal Araştırma Konseyi’nin başkan yardımcısıydı. Bu süre zarfında denizaltı savar ve meteorolojik cihazların geliştirilmesinde yardımcı oldu. Çinlilerin Order of Jade rozetini aldı. Millikan kişisel hayatında hevesli bir tenis oyuncusuydu.

Evlendi ve üç oğlu oldu, en yaşlı olanları Clark B. Millikan, önemli bir aerodinamik mühendisi oldu. Bir diğer oğlu Glen, fizikçi oldu ve George Leigh Mallory’nin kızıyla evlendi. Glen 1947 yılında Cumberland dağına tırmanırken bir kaza sonucu hayatını kaybetti.

Bir bakanın oğlu ve dindar bir adam olan Millikan, ilerleyen yaşlarında Hristiyanlık inancı ve bilim bütünleyici ilişkiyi güçlü bir şekilde savundu. Bu düşüncelerini Yale’de 1926 Terry Lectures lerde ele aldı. Bahsi geçen fikirler Evolution in Science and Religion isminde yayınlandı. Millika'nın inanç tartışmasından daha çok bir öjenik bir yaklaşımdı. Bu düşünce San Marino Kaliforniya’da Human Betterment Foundation kurulmasına öncülük etti.

Los Angeles’taki Sherman Oaks’ın yanındaki orta okula Robert A.Millikan ismi verildi. Caltech’deki en uzun binaya da Millikan kütüphanesi ismi verildi. Ek olarak Tekronix kampüsündeki ana caddeye Millikan yolu adı verildi. Caltech’te bulunan Athenaeum Oteli’nin sahip olduğu 4 suitten birinin ismi ölümünden sonra Millikan suit olarak değiştirildi.