آرثر كومبتون

آرثر هولي كومبتون  (مواليد 10 سبتمبر، 1892 - 15 مارس، 1962) كان عالم فيزياء أمريكي حصل على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1927 عن اكتشافه تأثير كومبتون. عمل كمستشار لجامعة واشنطن في سانت لويس بين عامي 1945 إلى 1953. حيث اكتشف طبيعة جسيمات الإشعاع الكهرومغناطيسي. لقد كان اكتشافاً هاماً في ذلك الوقت، وتم إثبات الطبيعة الموجية للضوء بشكل جيد. لم يتم قبول فكرة وجود خصائص للضوء موجية وجسمية بسهولة. كان كمبتون معروفاً بقيادته لمختبر المعادن في جامعة شيكاغو خلال مشروع مانهاتن وشغل منصب مستشار جامعة واشنطن في سانت لويس من عام 1945 إلى عام 1953م.

مُنح كومبتون واحدة من أولى الزمالات التي قدمها المجلس الوطني للبحوث للطلاب الراغبين بالدراسة في الخارج في عام 1919. اختار كومبتون الذهاب إلى مختبر كافندش بجامعة كامبريدج في إنكلترا وهناك درس امتصاص أشعة غاما وتشتتها. أفضت المزيد من الأبحاث التي أجريت على نفس هذه الشاكلة إلى اكتشاف تأثير كومبتون. استعمل كومبتون الأشعة السينية من أجل تقصي ظاهرة المغناطيسية الحديدية التي استنتج أنها كانت نتيجة اصطفاف قيم اللف المغزلي للإلكترونات، ودرس الأشعة الكونية مكتشفًا تألفها من جسيمات موجبة الشحنة بصورة أساسية.

كان كومبتون إحدى الشخصيات الرئيسية التي عملت على مشروع مانهاتن والذي أفضى إلى تطوير أول مجموعة من الأسلحة نووية إبان الحرب العالمية الثانية. لعبت التقارير التي قدمها كومبتون دورًا هامًا في إطلاق المشروع. غدا كومبتون رئيسًا للمخبر التعديني في عام 1942 ووقع على عاتقه إنتاج مفاعلات نووية تحول اليورانيوم إلى بلوتونيوم وإيجاد طرق لفصل البلوتونيوم عن اليورانيوم ووضع تصميم لقنبلة ذرية. أشرف كومبتون على عملية بناء إنريكو فيرمي لشيكاغو بايل-1 وهو أول مفاعل نووي في التاريخ والذي بلغ الحالة الحرجة بتاريخ 2 ديسمبر عام 1942. كذلك كان المخبر التعديني مسؤولًا عن تصميم وتشغيل مفاعل غرافيت إكس-10 النووي في مدينة أوك ريدج بولاية تينيسي. بدأ إنتاج البلوتونيوم في المفاعلات الموجودة بموقع هانفورد في عام 1945.

أصبح كومبتون مستشارًا في جامعة واشنطن بمدينة سانت لويس بعد انتهاء الحرب. شهدت الجامعة خلال الفترة التي تولى فيها المنصب إلغاء الفصل العنصري في الأقسام الجامعية بصورةٍ رسمية وتعيين أول أستاذة جامعية في تاريخ الجامعة وتسجيل عدد قياسي من الطلبة بعد عودة المحاربين القدامى إلى الولايات المتحدة.

 النشأة 
ولد آرثر كومبتون في مدينة ووستر بولاية أوهايو في يوم 10 سبتمبر عام 1892، وهو ابن إلياس وأوتيليا كاثرين كومبتون (ولدت باسم أوغزبورغر) التي حازت على لقب الأم الأمريكية لسنة 1939. كانت العائلة أكاديمية بامتياز إذ كان إلياس عميد جامعة ووستر (تعرف الآن باسم كلية ووستر) وهي نفس الجامعة التي درس فيها آرثر في ما بعد. كذلك درس كارل وهو شقيقه الأكبر في جامعة ووستر ونال درجة دكتوراه في الفيزياء من جامعة برنستون في عام 1912 ليغدو بعدها رئيس معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا خلال الفترة الممتدة من عام 1930 حتى عام 1948. وبالمثل درس شقيقه الآخر في ووستر ونال درجة دكتوراه في الاقتصاد من برنستون في عام 1916 وشغل بعدها منصب رئيس كلية واشنطن الحكومية (تعرف الآن باسم جامعة واشنطن الحكومية) خلال الفترة الممتدة من عام 1944 حتى عام 1951. كان الأشقاء الثلاثة أعضاء في أخوية ألفا تاو أوميغا.

انصب اهتمام كومبتون في بادئ الأمر على علم الفلك فالتقط صورة فوتوغرافية لمذنب هالي في عام 1910. وصف كومبتون تفاصيل تجربة بيّنت دوران الأرض من خلال فحص حركة الماء في أنبوب دائري في نحو عام 1913. أصبح هذا الجهاز يعرف الآن باسم مولد كومبتون. تخرج من جامعة ووستر حاصلًا على شهادة بكالوريوس في العلوم في نفس العام. التحق بعدها بجامعة برينستون التي حصل منها على درجة ماجستير في الفنون في عام 1914. درس كومبتون بعدها من أجل نيل درجة دكتوراه في الفيزياء تحت إشراف هيروورد ل. كوك وكتب أطروحته حول شدة انعكاس الأشعة السينية وتوزع الإلكترونات في الذرات.

أضحى كل من آرثر وكارل وويلسون المجموعة الأولى المؤلفة من ثلاثة أشقاء ممن نالوا جميعهم درجات دكتوراه من جامعة برينستون وذلك بعدما حصل آرثر على درجة الدكتوراه خاصته في الفيزياء من الجامعة في عام 1916. وأصبحوا في ما بعد أول ثلاثي من الأشقاء الذين شغلوا جميعًا رئاسة كليات جامعية أمريكية في الوقت ذاته. تزوجت شقيقتهم ماري من المبشر هربرت رايس الذي غدا رئيس كلية فورمان كريستيان في لاهور. تزوج كومبتون من زميلته السابقة بووستر بيتي تشاريتي مكلوسكي في شهر يونيو من عام 1916. أنجب الاثنان ولدين وهما آرثر آلان كومبتون وجون جوزيف كومبتون.

أمضى كومبتون عامًا وهو يدرس الفيزياء في جامعة منيسوتا خلال السنة الدراسية 1916-1917، وبعدها عمل لمدة عامين كمهندس أبحاث لدى شركة ويستنغهاوس لمصابيح الإنارة في مدينة بيتسبرغ وهناك اشتغل في تطوير المصابيح العاملة على بخار الصوديوم. عمل كومبتون على تطوير أجهزة القياس الخاصة بالطائرات لصالح سلاح الإشارة الأمريكي خلال الحرب العالمية الأولى.

مُنح كومبتون واحدة من أولى زمالتين قدمها المجلس الوطني للبحوث للطلاب الراغبين بالدراسة في الخارج في عام 1919. اختار كومبتون الذهاب إلى مختبر كافندش بجامعة كامبريدج في إنكلترا. وهنالك درس تشتت وامتصاص أشعة غاما بالاشتراك مع جورج باغيت طومسون وهو ابن جوزيف جون طومسون. لاحظ كومبتون أن الأشعة المشتتة كانت أسهل امتصاصًا بالمقارنة مع الأشعة الصادرة عن المصدر الأصلي. أثار علماء كافندش إعجاب كومبتون بشدة ولا سيما إرنست رذرفورد وتشارلز غالتون داروين وآرثر إدينغتون حتى أنه سمى ابنه الثاني تيمنًا بجوزيف جون طومسون.

كان كومبتون شماسًا في إحدى الكنائس المعمدانية لفترة من الزمن. وقال حيال الأمر: «لا يتضارب العِلم مع الدين الذي يفترض وجود إله يكون البشر أولاده».
 الحياة المهنية 
ظاهرة كومبتون

عُين كومبتون بعد عودته إلى الولايات المتحدة أستاذًا للفيزياء ورئيسًا لقسم الفيزياء في جامعة واشنطن في سانت لويس في عام 1920،"Arthur H. Compton – Biography". Nobel Foundation. Retrieved March 19, 2013. أما في عام 1922 وجد كومبتون الطول الموجي للأشعة السينية التي تناثرت بسبب الإلكترونات الحرة، وكان ذلك استنادًا لعلاقة بلانك أن الطاقة الصادرة أقل من الأشعة السينية الواردة، أي تم نقل الطاقة الزائدة إلى الإلكترونات، وسمي هذا الإكتشاف بظاهرة كومبتون، الذي فسر الجسيمات في الإشعاع الكهرومغناطيسي Allison 1965, pp. 84–86Compton, Arthur H. (May 1923). "A Quantum Theory of the Scattering of X-Rays by Light Elements". Physical Review. 21 (5): 483–502. Bibcode:1923PhRv...21..483C. doi:10.1103/PhysRev.21.483
في عام 1923، نشر كومبتون بحثًا في مجلة فيزيكال ريفيو شرح فيها تحول الأشعة السينية عن طريق إسناد زخم الجسيمات إلى الفوتونات، وهو أمر استند إليه أينشتاين في تفسيره الذي حاز جائزة نوبل عام 1905 للتأثير الكهروضوئي، افترض ماكس بلانك لأول مرة في عام 1900، وقد تم تصور هذه العناصر على أنها عناصر من الضوء «مُكمَّمة» من خلال احتوائها على كمية محددة من الطاقة اعتمادًا على تردد الضوء فقط.Gamow, George (1966). Thirty Years That Shook Physics: The Story of Quantum Theory. Garden City, New York: Doubleday. ISBN 0-486-24895-X. OCLC 11970045.

في ورقته البحثية، اشتق كومبتون العلاقة الرياضية بين التغير في الطول الموجي وزاوية تشتت الأشعة السينية بافتراض أن كل فوتون من الأشعة السينية المتناثرة يتفاعل مع إلكترون واحد فقط.
وقد خُتم بحثه بذكر التجارب التي أثبتت علاقته المشتقة:

: هو الطول الموجي الأولي

: هو الطول الموجي بعد التشتت

: هو ثابت بلانك

: هي الكتلة السكونية للإلكترون

: هي سرعة الضوء

: هي زاوية التشتت.Quantum Theory of the Scattering of X-Rays by Light Elements". Physical Review. 21 (5): 483–502. Bibcode:1923PhRv...21..483C. doi:10.1103/PhysRev.21.483.

أما الكمية  فهي
تعرف بالطول الموجي لإلكترون كومبتون والتي تساوي  وإزاحة الطول الموجي  تقارب الصفر لـ ()
 وضعف الطول الموجي لإلكترون كومبتون لـ ().The Compton wavelength of the electron". University of California Riverside. Archived from the original on November 10, 1996. Retrieved August 18, 2013
وقد وجد كومبتون أن بعض الأشعة السينية لم يحصل عليها أي تغير في الطول الموجي على الرغم من تناثرها من خلال زوايا كبيرة، أي كأنه في كل من هذه الحالات، فشل الفوتون في إخراج إلكترون، وبالتالي، فإن مقدار التغير لا يرتبط بطول موجة كومبتون للإلكترون، ولكن بطول موجة كومبتون للذرة بأكملها، والذي يمكن أن يكون أصغر بمقدار 10000 مرة.

لقد بدأ الجدل العلمي الأكبر الذي سببه كومبتون، عندما قدم نتائجه في اجتماع للجمعية الفيزيائية الأمريكية في عام 1923، ولم يكن من السهل قبول فكرة أنه يمكن أن يكون للفوتون طبيعة مزدوجة. فقد كان من الواضح بشكل خاص أن الانحناء في الشبكة البلورية لا يمكن تفسيره إلا بالرجوع إلى طبيعته الموجية. وقد حصل كومبتون على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1927.Compton 1967, p. 36

طور كومبتون وألفريد دبليو سيمون طريقة لرصد فوتونات الأشعة السينية الفردية المتناثرة وإلكترونات الارتداد في نفس اللحظة وفي ألمانيا، طور والثر بوث وهانز جيجر بشكل مستقل طريقة مماثلة.Allison 1965, pp. 84–86.

الأشعة السينية
 في عام 1923، انتقل كومبتون إلى جامعة شيكاغو كأستاذ للفيزياء"Arthur H. Compton – Biography". Nobel Foundation. Retrieved March 19, 2013 وهو المنصب الذي شغله لمدة 22 عام

في عام 1925 أوضح أن تشتت الأشعة السينية يظهر بقوة 130.000 فولت من العناصر الستة عشر الأولى في الجدول الدوري، وهي النتيجة التي تنبأ بها طومسون، و قد بذل ويليام دوان من جامعة هارفارد جهودًا عالية لإثبات أن تفسير كومبتون كان خاطئًا، وقد أجرى دوين سلسلة من التجارب لمخالفة كومبتون، لكنه وجد دليلًا على صحة تأثير كومبتون وقد أكد ذلك في عام 1924.
 درس كومبتون تأثير الأشعة السينية على نواة الصوديوم والكلور في الملح، وقد استخدم الأشعة السينية للتحقيق في المغناطيسية الحديدية، واستنتج في عام 1926 أنها كانت نتيجة دوران الإلكترونات،Allison 1965, pp. 87–88. ثم أصبح مستشارًا لقسم المصابيح في شركة جنرال إلكتريك، في عام 1934 عاد إلى إنجلترا كأستاذ زائر في جامعة أكسفورد في إيستمان وفي أثناء وجوده هناك طلبت منه شركة جنرال إلكتريك الإبلاغ عن الأنشطة في مختبر أبحاث شركة جنرال إلكتريك في ويمبلي، كان كومبتون مفتونًا بإمكانيات البحث هناك في مصابيح الفلورسنت، وقد دفع تقريره إلى تطوير برنامج بحثي في أمريكا.Allison 1965"Eastman Professorship". The Association of American Rhodes Scholars. Retrieved July 26, 2013.
في عام 1926 نُشر كتاب كومبتون الأول في الأشعة السينية والإلكترونات، وقد شرح فيه كيفية حساب كثافة المواد الانعراجية وهي من أنماط حيود الأشعة السينية، وقد شاركه عام 1935 صموئيل كينج أليسون في مراجعة وتدقيق كتابه عن إنتاج الأشعة السينية في النظرية والتجربة، وقد بقي هذا العمل مرجعًا للثلاث عقود اللاحقة.Allison 1965, p. 90.

الأشعة الكونية

أصبح كومبتون مهتمًا بالأشعة الكونية في أوائل ثلاثينيات القرن الماضي، التي كان وجودها معروفًا ولكن أصلها وطبيعتها مجرد تخمين، تمكن الكشف عن وجودها باستخدام "قنبلة" كروية تحتوي على هواء مضغوط أو غاز الأرجون بقياس توصيلها الكهربائي.
وقد أعطت الرحلات إلى أوروبا والهند والمكسيك وبيرو وأستراليا الفرصة لكومبتون لقياس الأشعة الكونية على ارتفاعات وخطوط عرض مختلفة بمشاركة مجموعات أخرى سجلت ملاحظات حول العالم، وقد وجدوا أن الأشعة الكونية كانت أكثر كثافة بنسبة 15 ٪ عند القطبين مقارنة بخط الاستواء ونسب كومبتون هذا إلى تأثير الأشعة الكونية التي تتكون أساسًا من جسيمات مشحونة، كما اقترح روبرت ميليكان تأثير خط العرض الناتج عن مغناطيسية أرضية.Compton 1967, pp. 157–163.

 فلسفته 
كان كومبتون واحدًا من حفنة قليلة من العلماء والفلاسفة الذين اقترحوا نموذجًا ثنائي المراحل للإرادة الحرة. كذلك كان من جملة ممن طرحوا الأمر كل من ويليام جيمس وهنري بوانكاريه وكارل بوبر وهنري مارغيناو ودانيال دينيت. دافع كومبتون عن فكرة الحرية البشرية القائمة على مبدأ اللاحتمية الكمية في عام 1931. وطرح فكرة تضخيم الأحداث الكمومية المجهرية بقصد فتح باب الفرص أمام الأحداث الواقعة في العالم الجهري. تخيل كومبتون في آلية العمل الغريبة التي طرحها مجموعة من أصابع الديناميت الموصولة إلى مضخمه، وهكذا توقع مفارقة قطة شرودنغر التي نشرت في عام 1935.

أوضح كومبتون الطبيعة الثنائية المميزة لفكرته في معرض رده على الانتقادات التي رأت أن أفكاره عدت الصدفة سببًا مباشرًا لتصرفات الناس، وذلك في مقالة كتبها لمجلة أتلانتك الشهرية في عام 1955. بحسب نموذجه، ثمة في البداية مجموعة من الأحداث العشوائية محتملة الوقوع ومن ثم يضيف أي حدث منها عاملًا محدِدًا عند القيام بفعل الاختيار.

 الوفاة والإرث 
توفي كومبتون في مدينة بيركيلي بولاية كاليفورنيا على إثر إصابته بنزيف دماغي بتاريخ 15 مارس عام 1962. عاشت زوجته (التي توفيت في عام 1980) وابنيه بعد وفاته. دفن جثمانه في مقبرة ووستر بمدينة ووستر بولاية أوهايو الأمريكية. كان أستاذًا عامًا في جامعة كاليفورنيا ببيركيلي قبل وفاته خلال فترة ربيع عام 1962.

 المراجع 

  كومبتون، آرثر هولي (1892-1962) - موسوعة المورد، منير البعلبكي، 1991
 وصلات خارجية 


تصنيف:أشخاص مرتبطون بمشروع مانهاتن
تصنيف:أشخاص من ووستير (أوهايو)
تصنيف:أعضاء الجمعية الفلسفية الأمريكية
تصنيف:أعضاء هيئة تدريس جامعة شيكاغو
تصنيف:أعضاء هيئة تدريس جامعة منيسوتا
تصنيف:أعضاء هيئة تدريس جامعة واشنطن في سانت لويس
تصنيف:أمريكيون حازوا جائزة نوبل
تصنيف:أمريكيون من أصل ألماني
تصنيف:حاصلون على ميدالية ماتيوتشي
تصنيف:حاصلون على وسام الاستحقاق (فئة مدنية)
تصنيف:حائزون على جائزة نوبل في الفيزياء
تصنيف:حائزون على زمالة غوغنهايم
تصنيف:حائزون على وسام فرانكلين
تصنيف:خريجو جامعة برنستون
تصنيف:خريجو كلية ووست
تصنيف:زملاء الجمعية الأمريكية لتقدم العلوم
تصنيف:علماء الفيزياء البصرية
تصنيف:علماء فيزياء الجسيمات
تصنيف:علماء فيزياء الكم
تصنيف:علماء فيزياء الكم أمريكيون
تصنيف:علماء من ميزوري
تصنيف:فيزيائيون أمريكيون في القرن 20
تصنيف:فيزيائيون من ميزوري
تصنيف:علماء فيزياء نظرية
تصنيف:علماء فيزياء نظرية أمريكيون
تصنيف:كتاب عن الدين والعلم
تصنيف:كلية ووست
تصنيف:مسيحيون حازوا جائزة نوبل
تصنيف:مشيخيون أمريكيون
تصنيف:مطيافيون
تصنيف:مواليد 1892
تصنيف:مواليد في ووستير (أوهايو)
تصنيف:وفيات 1962
تصنيف:وفيات بسبب نزف دماغي
تصنيف:وفيات في بيركيلي (كاليفورنيا)