Friedrich Paschen

Friedrich Louis Carl Heinrich Paschen (født 22. januar 1865 i Schwerin, død 25. februar 1947 i Potsdam) var en tysk fysiker. Han gjorde grunnleggenede, eksperimentelle  studier av elektromagnetisk stråling  i form av varmestråling og  spektrallinjer fra atomer ved presise målinger av bølgelengder, spesielt for infrarød stråling. Han var sentral i etableringen av Wiens strålingslov i 1896 og gjennombruddet med Plancks strålingslov i 1900. 

I 1908 fant han en ny serie av spektrallinjer i hydrogenspekteret som i dag bærer hans navn. Han undersøkte hvordan slike karakteristiske bølgelengder ble påvirket av ytre magnetfelt med det resultat at han i 1912 sammen med Ernst Back oppdaget Paschen-Back-effekten. Den kom til å spille en viktig rolle i etableringen av kvantefysikken.

Kort biografi 
Friedrich Pachen var født i Schwerin i Mecklenburg-Vorpommern i 1865 hvor han vokste opp. Han studerte ved Universitetet i Berlin og Strassburg hvor han tok sin doktorgrad i 1888 under ledelse av August Kundt med et arbeid om elektriske utladninger i gasser. Etter opphold i Münster og Hannover ble han i 1901 ansatt som professor i  Tübingen. Her utførte han sine viktigste arbeider. 

I 1924 ble han kalt til Berlin som president for Physikalisch-Technische Reichsanstalt (PTR) etter Walther Nernst. Dette prestisjetunge, eksperimentelle instituttet var i 1887 grunnlagt av Hermann von Helmholtz og Werner von Siemens. Paschen ga også forelesninger ved Universitetet i Berlin. Han ble brått avsatt i mars 1933 da han nektet instituttet å feire Hitlers maktovertagelse med hakekorsflagg. Hans etterfølger som president var Johannes Stark som støttet det nye regimet. Paschen måtte forlate sin stilling ved PTR, men fikk likevel lov til å tilbringe noen får år i sitt laboratorium selv om omstendighetene var blitt vanskelige. Under krigen ble hans bolig i Charlottenburg i Berlin bombet og gikk opp i flammer med alle hans eiendeler. Han flyttet til en datter i Potsdam hvor han døde i 1947.

Vitenskapelige bidrag 
I sitt doktorarbeid i Strassburg undersøkte Paschen elektriske utladninger i gasser. Han etablerte her hva som senere er blitt kalt Paschens lov. Den sier at spenningen som skal til for å lage en slik gnistovergang, er proporsjonal med avstanden mellom elektrodene og trykket i gassen.

Ved Akademiet i Münster fortsatte han dette arbeidet og lærte der å utføre presisjonsmålinger av Wilhelm Hittorf. I denne perioden tok han også interesse i egenskapene til elektrolytter og skrev flere arbeid i dette feltet. For å måle nøyaktige temperaturer ved bruk av bolometer, utviklet Paschen i 1883 et meget presist galvanometer som senere er blitt oppkalt etter han.

Varmestråling 
Fra 1890 var Paschen ved den tekniske høyskolen i Hannover. Her ble han klar over den store interessen som fantes rundt utforskningen av egenskapene til varmestråling som spesielt  var blitt gjort kjent gjennom arbeidene til Gustav Kirchhoff. Paschen startet opp sine egne undersøkelser, og disse skulle bli hans hovedbeskjeftigelse resten av tiden der. Han kunne snart påvise riktigheten av Wiens forskyvningslov som forbinder temperaturen til strålingen med den mest intense bølgelengden den inneholder. Dette arbeidet ble publisert i 1895.
Videre målinger av den spektrale intensiteten til varmestrålingen, fikk Paschen i 1896 til å foreslå at denne varierte med bølgelengden λ og den absolutte temperaturen T som

  

hvor  konstantene A og b kunne bli tilpasset dataene. Her er c lyshastigheten og for eksponenten α fant han en verdi rundt 5,5. Disse målingene var dermed i overensstemmelse med Wiens strålingslov som forutsa  og som ble publisert omtrent samtidig. Paschen var så overbevist om denne formels gyldighet at han trodde det måtte være eksperimentelle feil i andre målinger gjort 1899-1900 som viste de første avvik for større bølgelengder enn han selv kunne observere. Disse førte raskt frem til Plancks strålingslov.

Spektroskopi 

I Hannover kom han sammen med Carl Runge som var ledende innen spektroskopi. Han anbefalte Paschen å utforske spekteret til helium som i 1895 var blitt påvist i gasser fra mineraler på Jorden av den engelske kjemiker William Ramsey. Med det eksperimentelle utstyret de hadde til disposisjon, kunne de etter et par dager påvise den berømte, gule D3-linjen i emisjonsspekteret til helium. Etter noen måneders arbeid hadde de påvist et stort antall andre spektrallinjer og organisert dem på en overbevisende måte i forskjellige serier. Dette bragte Paschen og Runge internasjonal berømmelse og høsten 1895 ble han invitert til England.

Etter dette gjennombruddet skulle spektroskopi bli hovedbeskjeftigelsen til Paschen, bare avbrutt de første årene med studiene av varmestrålingen. Spesielt etter at han i 1901 ble utnevnt til full professor ved Universitetet i Tübingen fikk han anledning til å bygge opp en større aktivitet i dette feltet med spesiell vekt på den infrarøde delen av spektret. Gjennom samarbeid med teoretisk fysiker Walther Ritz i 1907 tok han opp igjen studier av emisjonsspekteret til helium og etter hvert også hydrogen. Her kunne han året etter påvise en ny serie med infrarøde frekvenser som fulgte formelen 

 

for   . Disse spektrallinjene utgjør det som i dag omtales som Paschen-serien og spilte en viktig rolle i etableringen av moderne atomfysikk.

Parallelt med denne aktiviteten hadde Paschen bygd opp fasiliteter for å studere Zeeman-effekten. Denne opptrer når et emisjonsspekter påvirkes av et  svakt, ytre magnetfelt som forårsaker en oppsplitting av linjene. Sammen med sin assistent Ernst Back viste Paschen i 1912 at oppsplittingen av linjene til hydrogen i et enda kraftigere magnetfelt fulgte et ganske annet mønster. Dette er Paschen-Back-effekten som først ble skikkelig forstått med fremveksten av moderne kvantemekanikk.

Bohrs atommodell ble kjent i 1913 og ga med en gang en overbevisende forklaring av spekteret til hydrogen. I denne forbindelsen var også Paschens presisjonsmålinger viktige. Han kunne vise at noen spektrallinjer som ikke passet inn, i virkeligheten tilhørte ionisert helium med akkurat de bølgelengder som Niels Bohr hadde forutsagt. Et par år senere kom Sommerfeld med sin finstrukturformel som Paschen bidro til å få verifisert gjennom høypresisjonsmålinger. 

Hans neste, store prosjekt var utforskningen av spektret til neon hvor han og Back fant over 1000 linjer som de ordnet i forskjellige serier. Det var nå klart at for å sikre mer fremgang innen atomfysikken, måtte man ha støtte av teoretiske fysikere. Paschen engasjerte seg derfor sterkt for å få ansatt Alfred Landé  som var av jødisk herkomst, som professor i Tübingen i 1922. Året etter kom han til å spille en viktig rolle i oppklaringen av de detaljerte egenskapene ved den anomale Zeeman-effekten, noe som ledet til oppdagelsen av kvantemekanisk spinn. 

Da Paschen i 1924 tok opp sin nye stilling som president ved PTR i Berlin, var instituttet han hadde bygd opp ved Universitetet i Tübingen, det største og viktigste innen atom-spektroskopi i Tyskland. Han hadde også vist at fremgang var best sikret ved et tett samarbeid mellom teori og eksperiment, noe som i dag er helt vanlig ved nesten alle universiteter.

Referanser

Eksterne lenker 
 F. Paschen biografi på Encyclopedia.com.
 F. Paschen biografi på tysk.

Tyske fysikere
Personer fra Schwerin