ROBERT ANDREWS MILLIKAN: BIOGRAFIE, BEREKENING VAN HET ELEKTRON, ANDERE BIJDRAGEN - BIOGRAFIEËN - 2026

Robert Andrews Millikan (1868-1953) was een vermaard experimenteel natuurkundige, maar ook een opmerkelijke opvoeder en publieke figuur in de Verenigde Staten tijdens de eerste decennia van de 20e eeuw. Evenzo leverde hij talrijke bijdragen en ontdekkingen op het gebied van elektriciteit, optica en moleculaire fysica.

De grote prestatie van Millikan was echter de berekening van de elektronenlading, die hij kon bepalen dankzij wat nu bekend staat als het oliedruppelexperiment.

Robert A. Millikan van het California Institute of Technology (Caltech) 1947. Bron: Wikipedia commons

Tegenwoordig wordt dit werk beschouwd als een ideaal voorbeeld van de toepassing van de wetenschappelijke methode. Naast zijn onderzoek was het succes van Millikan echter grotendeels te danken aan de lange ervaring die hij had opgedaan als gevolg van volharding in de studie van natuurlijke verschijnselen.

Biografie

Priveleven

Robert Millikan werd geboren op 22 maart 1868 in Morrison, Illinois, en stierf op 19 december 1953 in San Marino, Californië.

Toen hij vijf jaar oud was, verhuisden Millikan en zijn gezin naar McGregor, Iowa.Twee jaar later vestigden de Millikans zich in Maquoketa, waar Robert zijn middelbare schoolstudies begon. In het algemeen kan worden vastgesteld dat gezinsopvoeding doorslaggevend was in zijn beroepsleven.

Evenzo leidde zijn toewijding en passie voor zijn werk, dat altijd boven zijn persoonlijke verlangens en aspiraties uitging, en naast zijn grote intellectuele eerlijkheid, hem tot het behalen van succes in de wetenschap en het openbare leven.

In 1902 trouwde hij met Greta Blanchard en genoot van hun huwelijksreis in Europa. Als gevolg van deze verbintenis werden drie kinderen geboren: Clark, Glenn Allen en Max Franklin.

Toegepaste studies

In 1886 begon hij zijn studie aan het Oberlin College, waar hij driehoeksmeting, analytische meetkunde en Grieks leerde. Hij studeerde af in 1891 en behaalde zijn doctoraat in de natuurkunde aan de Columbia University in 1895, als eerste die dit deed op de afdeling waar hij studeerde.

Na het behalen van zijn doctoraat reisde Millikan naar Duitsland (1895-1896), waar hij studeerde aan prestigieuze universiteiten zoals Göttingen en Berlijn.

Tijdens zijn verblijf in Europa had hij contact met belangrijke onderzoekers zoals de Duitse natuurkundige Roentgen (1845-1923), ontdekker van röntgenstraling, of de Franse Becquerel (1852-1903), wiens studies naar radioactiviteit doorslaggevend waren in de wetenschappelijke wereld.

Terug naar Amerika

In 1910 kreeg Millikan een baan aangeboden als assistent bij het Ryerson Laboratory aan de Universiteit van Chicago, dus door deze te accepteren beëindigde hij zijn tournee door Europa. In deze instelling werkte hij als leraar en bekleedde de functie tot 1921.

Aan de Universiteit van Chicago werkte Millikan als onderzoeker en opvoeder en ontdekte hij enkele van zijn grote passies in het lesgeven.

In 1921 verliet hij de Universiteit van Chicago om directeur te worden van het Norman Bridge Physics Laboratory, gelegen aan het California Institute of Technology (Caltech) in Pasadena.

Tijdens zijn leven doceerde Millikan professoren in verschillende gebieden van de natuurkunde, was hij de rector van het natuurkundig laboratorium aan het Norman Bridge Institute en de directeur van Caltech.

Millikans enthousiasme voor onderwijs

Millikan was een uitstekende student met een geweldige mogelijkheid om les te geven, dus aan het einde van zijn tweede jaar in Oberlin vroeg de professor die hem Grieks leerde hem om elementaire natuurkunde te doceren.

Hij bereidde zich tijdens de zomervakantie van 1889 hard voor op deze opdracht. Millikan loste alle problemen in het natuurkundeboek op en deed zijn uiterste best om de studenten het hele cursusjaar aan de problemen te laten werken.

Voor Millikan was het oplossen van veel problemen de beste methode om natuurkunde te onderwijzen. Dit leersysteem werd zijn hele leven door de wetenschapper verdedigd, en daarom wordt hij ook beschouwd als een groot liefhebber van onderwijs.

Deze motivatie bracht hem ertoe co-auteur te worden van een reeks vernieuwende teksten op het gebied van onderwijsmethodologie. De boeken die door Millikan werden geschreven, bevatten veel problemen met conceptuele vragen, wat voor die tijd erg nieuw was.

Millikan als reclameagent in het onderwijs

Vanwege zijn vastberadenheid om de reputatie van Caltech te verhogen, werd Millikan beoordeeld als een van de grootste publiciteitsagenten op het gebied van onderwijs. Dit was nodig om het Instituut om te vormen tot een zeer prestigieus centrum voor het onderwijzen van natuurwetenschappen en techniek.

Hij verschilde echter sterk met zijn collega's op het gebied van politiek, filosofie en religie. Bovendien waren zijn bestuurlijke methoden onconventioneel, maar zijn persoonlijk leiderschap was essentieel om situaties op de juiste manier te laten verlopen.

Concluderend kan worden gesteld dat de invloed van Millikan een fundamentele pijler was in de ontwikkeling en opleiding van fysici en onderzoekers in de Verenigde Staten.

Millikan's onderzoeken: elektronenlading en andere bijdragen

- Schatting van elektronenlading

Millikan begon zijn onderzoek naar elektronenlading in 1907, gebaseerd op het model van de natuurkundige HA Wilson (1874-1964). Het onderzoek heeft verschillende fasen doorlopen.

De eerste fase bestond uit het ioniseren van de lucht in een wolkkamer en vervolgens het condenseren van de ionen in een wolk. Op deze manier observeerde en mat hij de val van de wolk alleen onder invloed van de zwaartekracht.

Later evalueerde hij de val van een geïoniseerde wolk, maar onder invloed van een verticale elektrische kracht die op de zwaartekracht wordt gelegd. Na verschillende processen slaagde hij erin het oliedruppelexperiment te ontwerpen, waarmee hij de fundamentele elektrische lading en zijn massa kon berekenen.

Dit werd bereikt door middel van apparatuur die olie in zeer kleine druppels verspreidde. Deze vielen door een gat waar ze werden blootgesteld aan het elektrische veld.

Origineel apparaat van de oliedruppel. Ontworpen door Millikan. Bron: Wikipedia commons.

Door het gebruik van speciale lenzen kon een druppel worden gevisualiseerd en door de snelheid van de val te meten, kon de wetenschapper de waarde van de massa van het elektron schatten. Het experiment werd verschillende keren herhaald.

Op deze manier heeft Millikan de basisbelasting bepaald en ook de waarde ervan weten vast te stellen. In 1909 publiceerde hij het artikel waarin hij de techniek uitlegde die hij gebruikte om de lading van het elektron te bepalen.

- Het werk in foto-elektriciteit

Zijn eerste werken en publicaties over foto-elektriciteit werden vanaf 1907 uitgevoerd met zijn leerling G. Winchester. Het doel was om te onderzoeken of de foto-elektrische stroom en het grenspotentieel afhingen van de temperatuur van het emitterende metaal.

Tijdens deze onderzoeken kreeg Millikan te maken met een aantal procesfouten, zoals het belang van het reinigen van metalen oppervlakken en het gevaar van het gebruik van vonken als kortgolvige lichtbron, aangezien vonkontladingen de gemeten potentialen kunnen vervalsen door het induceren van elektrische trillingen in het apparaat.

- Het extreem ultraviolette spectrum

Millikan concludeerde dat onderzoek naar ultraviolet licht met behulp van de hete vonken tussen metalen elektroden mogelijk was, dankzij zijn onderzoek naar de potentialen van deze vonken.

Deze bevinding was erg belangrijk voor de wetenschappelijke gemeenschap, aangezien alle eerdere inspanningen op het korte ultraviolette spectrum beperkt waren door zijn extreme absorptiecapaciteit.

Maar het gebruik van een hete vonk en een concaaf reflectierooster loste het probleem op, evenals het plaatsen van een vacuümspectrograaf langs het hele pad van de stralen.

De eerste resultaten die met een vacuümspectrograaf van dit type werden verkregen, werden in 1918 beschreven door Millikan en Sawyer.

- Kosmische stralen

De studie van kosmische straling dateert uit het begin van de 20e eeuw. Het waren experimentele benaderingen waarbij door het gebruik van elektroscopen ontladingsprocessen werden gemeten in relatie tot hoogte.

Millikan had moeilijke dagen in zijn onderzoek naar kosmische straling. In dit verband worden zijn heftige debatten over de aard en oorsprong van kosmische straling belicht. Er kan worden vastgesteld dat zijn bevindingen belangrijke gebeurtenissen waren in de wetenschappelijke wereld in de jaren dertig van de vorige eeuw.

Ontwerp van de experimenten

Tijdens zijn verblijf in Pasadena raakte Millikan weer actief geïnteresseerd in kosmische straling. Bij zijn experimenten gebruikte hij elektroscopen en barometers die hij met behulp van klinkende ballonnen de atmosfeer in stuurde.

Deze ballonnen bereikten een hoogte van maximaal 11,2 en 15,2 kilometer. Instrumentele waarden werden verzameld bij het stijgen en dalen, waardoor het mogelijk was om de schokwaarde tijdens de procedure te bepalen.

Deze experimenten werden uitgevoerd door Millikan in het voorjaar van 1922 met IS Bowen. Hun onderzoek toonde aan dat kosmische straling meer doordringend is dan welke andere bekende straling dan ook.

Het is doorslaggevend om aan te geven dat kosmische straling vóór het onderzoek van Millikan alleen werd bestudeerd door meteorologen en specialisten in radioactiviteit. Na deze werken werd een nieuw vakgebied en onderzoek geopend voor de natuurkundigen van die tijd.

Prijzen en onderscheidingen

In 1923 ontving Millikan een bericht waarin hij aankondigde dat hij was geëerd met de Nobelprijs voor de natuurkunde voor zijn onderzoek naar het foto-elektrische effect en de lading van het elektron.

Millikan woonde in 1921 het derde Solvay-congres in Brussel bij, met als onderwerp atomen en elektronen.

Hij ontving het Honoris Causa-doctoraat van vijfentwintig universiteiten. Naast de Comstock Award, de Edison-medaille en de Hughes-medaille.

Referenties

1. Millikan, de fysicus die het elektron kwam bekijken. Opgehaald op 28 december van: bbvaopenmind.com
2. Du Bridge LA, Epstein PA Robert Andrews Millikan 1868-1953. Een biografische memoires. Opgehaald op 28 december van: nasonline.org
3. Reyes (1998). Enkele overwegingen over de rol van het experiment in de werken aan kosmische stralen van de vroege 20e eeuw. Het geval van Robert Andrews Millikan. Opgehaald op 29 december van: Researchgate.net
4. Du Bridge LA (1954). Robert Andrews Millikan: 1868-1953. Opgehaald op 28 december van: science.sciencemag.org
5. Gullstrand A. (1924). Uitreiking van de Nobelprijs aan Robert A. Millikan. Opgehaald op 28 december van: science.sciencemag.org
6. (SA) (sf) Millikan-oliedruppelexperiment. Opgehaald op 29 december van: britannica.com