Πιέτερ Ζέεμαν

Παιδική ηλικία και σπουδές

Ο Πιέτερ Ζέεμαν γεννήθηκε στο Zonnemaire, μια κωμόπολη στο νησί Σχάουβεν-Ντάουφελαντ της Ολλανδίας. Γονείς του ήταν ο πάστορας Catharinus Forandinus Zeeman και η Willemina Worst. Από την παιδική του ηλικία ο Πιέτερ ενδιαφερόταν ήδη για τη Φυσική. Το 1883 το Βόρειο Σέλας ήταν ορατό στην περιοχή τους. Ο Ζέεμαν, τότε μαθητής γυμνασίου στο Zierikzee, σχεδίασε και περιέγραψε το φαινόμενο και υπέβαλε τις σημειώσεις αυτές στο περιοδικό Nature, το οποίο τις δημοσίευσε. Ο συντάκτης του περιοδικού επαίνεσε «τις προσεκτικές παρατηρήσεις του Καθηγητού Zeeman από το αστεροσκοπείο του στο Zonnemaire», λόγια που θα πρέπει να ευχαρίστησαν πολύ τον μαθητή γυμνασίου. Μετά την αποφοίτησή του από το σχολείο το ίδιο έτος (1883), πήγε στο Ντελφτ για επιπλέον μαθήματα στις κλασικές γλώσσες, την εποχή εκείνη προαπαιτούμενο για την εισαγωγή στο Πανεπιστήμιο. Τότε έμεινε στο σπίτι του Δρα. J.W. Lely, υποδιευθυντή του γυμνασίου και αδελφού τού Cornelis Lely, υπεύθυνου για τη σχεδίαση και την υλοποίηση των έργων του Ζόιντερζεε. Κατά την παραμονή του στο Ντελφτ, ο Πιέτερ συνάντησε για πρώτη φορά και τον Χάικε Κάμερλιν Ονες, που θα γινόταν αργότερα ο επιβλέπων τη διδακτορική του διατριβή.
Αφού ο Ζέεμαν πέρασε τις εισαγωγικές εξετάσεις το 1885, σπούδασε Φυσική στο Πανεπιστήμιο του Λέιντεν, όπου είχε δασκάλους τους Όνες και Λόρεντζ. Το 1890, πριν ακόμα ολοκληρώσει το διδακτορικό του στο ίδιο πανεπιστήμιο, έγινε βοηθός του Λόρεντζ. Αυτό του επέτρεψε να συμμετάσχει σε ένα ερευνητικό πρόγραμμα για το Μαγνητοοπτικό φαινόμενο Kerr. Το 1893 υπέβαλε τη διδακτορική διατριβή του, που ήταν αφιερωμένη στο φαινόμενο Kerr, σχετικά με την ανάκλαση πολωμένου φωτός από μαγνητισμένη επιφάνεια.

Αρχικές έρευνες

Μετά την απόκτηση του διδακτορικού του, ο Ζέεμαν πέρασε μισό έτος στο «Ινστιτούτο Friedrich Kohlrausch» στο Στρασβούργο. Το 1895, όταν επέστρεψε από το Στρασβούργο, νυμφεύθηκε τη Johanna Elisabeth Lebret (1873 – 1962), με την οποία απέκτησαν 4 παιδιά (τρεις κόρες και ένα γιο).
Το 1896 ανεκάλυψε αυτό που σήμερα είναι γνωστό πλέον ως «Φαινόμενο Ζέεμαν». Ως επέκταση της έρευνας για το διδακτορικό του, άρχισε να διερευνά την επίδραση των μαγνητικών πεδίων πάνω σε μία πηγή φωτός. Βρήκε ότι μια φασματική γραμμή διαχωρίζεται σε αρκετές «συνιστώσες» όταν υπάρχει μαγνητικό πεδίο στην περιοχή όπου παράγεται το φως. Ο Λόρεντζ πληροφορήθηκε για την ανακάλυψη του Ζέεμαν το Σάββατο 31 Οκτωβρίου 1896 στη συνάντηση της Βασιλικής Ακαδημίας Τεχνών και Επιστημών της Ολλανδίας στο Άμστερνταμ, όπου αυτά τα αποτελέσματα ανακοινώθηκαν από τον Όνες. Την επόμενη Δευτέρα, ο Λόρεντζ φώναξε τον Ζέεμαν στο γραφείο του και του παρουσίασε μια εξήγηση των παρατηρήσεών του βασισμένη πάνω στη θεωρία του Λόρεντζ για την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία.
Η σημασία που είχε η ανακάλυψη του Ζέεμαν φάνηκε γρήγορα. Επιβεβαίωσε την πρόβλεψη του Λόρεντζ σχετικά με την πόλωση του φωτός που εκπέμπεται υπό την παρουσία μαγνητικού πεδίου. Εξαιτίας των παρατηρήσεων του Ζέεμαν φάνηκε ότι τα ταλαντούμενα σωματίδια (που κατά τον Λόρεντζ ήταν η πηγή της εκπομπής του φωτός) ήταν αρνητικά φορτισμένα και χίλιες φορές ελαφρότερα από το άτομο του υδρογόνου. Αυτό το συμπέρασμα εξάχθηκε περίπου ένα χρόνο πριν την ανακάλυψη του ηλεκτρονίου από τον Τόμσον. Το Φαινόμενο Ζέεμαν έγινε έτσι ένα σημαντικό εργαλείο για τη διευκρίνιση της δομής του ατόμου.

Καθηγητής στο Άμστερνταμ

Εξαιτίας της ανακαλύψεώς του, ο Ζέεμαν διορίσθηκε λέκτορας στο Άμστερνταμ το 1897 και το 1900 ακολούθησε η προαγωγή του σε καθηγητή της Φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Άμστερνταμ. Το 1902 του απονεμήθηκε το Βραβείο Νόμπελ Φυσικής για την ανακάλυψη του Φαινομένου Ζέεμαν, από κοινού με τον Λόρεντζ. 5 χρόνια αργότερα, το 1908, διαδέχθηκε τον Βαν ντερ Βάαλς ως καθηγητής πρώτης βαθμίδας και διευθυντής του Ινστιτούτου Φυσικής στο Άμστερνταμ.
Το 1923 κατασκευάσθηκε ένα νέο εργαστήριο στην πόλη, που το 1940 μετονομάσθηκε σε «Εργαστήριο Ζέεμαν». Αυτές οι νέες εγκαταστάσεις επέτρεψαν στον Ζέεμαν να διερευνήσει λεπτομερέστερα το φαινόμενο που πλέον έφερε το όνομά του. Σε όλη τη σταδιοδρομία του παρέμεινε ενεργός στην έρευνα της μαγνητοοπτικής. Επίσης μελέτησε τη διάδοση του φωτός σε κινούμενα μέσα. Αυτό το θέμα είχε καταστεί αντικείμενο πολλών ερευνών εξαιτίας της Ειδικής Θεωρίας της Σχετικότητας και ενδιέφερε έντονα τους Λόρεντζ και Αϊνστάιν. Στα τελευταία χρόνια του, ο Ζέεμαν ενδιαφέρθηκε και για τη Φασματομετρία μάζας.

Τα τελευταία χρόνια

Το 1898 ο Ζέεμαν είχε εκλεγεί μέλος της Βασιλικής Ακαδημίας Τεχνών και Επιστημών της Ολλανδίας και χρημάτισε γραμματέας της από το 1912 ως το 1920. Τιμήθηκε με αρκετά μετάλλεια και διακρίσεις. Ανακηρύχθηκε ομότιμος καθηγητής το 1935. Ο Ζέεμαν πέθανε στο Άμστερνταμ σε ηλικία 78 ετών και τάφηκε στο Χάαρλεμ.