Отто Штерн

Отто Штерн родился 17 февраля 1888 года в Сорау (теперь Зори, Польша). Отцом Отто Штерна был Оскар Штерн, а матерью - Евгения Штерн (Розенталь). Когда Отто было четыре года Штерны переехали в Бреслау (Вроцлав). Отто Штерн закончил государственную начальную и среднюю школу в Бреслау. После этого на протяжении нескольких лет Отто Штерн изучал естественные науки под руководством преподавателей из Фрейбургского, Мюнхенского и других университетов (например, Арнольда Зоммерфельда, Отто Луммера, Эрнста Прингсхейма, Отто Сакура). Заинтересовавшись работами Людвига Больцмана, Вальтера Нернста и Рудольфа Клаузиуса, Отто Штерн решает заняться физической химией. В 1912 году в университете Бреслау Штерн защитил докторскую диссертацию по физической химии. Пользуясь связью Отто Сакура с Фрицем Габером (другом Альберта Эйнштейна) Штерн добился того, что Эйнштейн стал руководителем его аспирантской работы в Пражском университете. Они вместе пишут статью. После переезда Альберта Эйнштейна в Цюрих, Отто Штерн последовал за ним. В это время Штерн стал приват-доцентом (внештатным лектором) федерального училища в Цюрихе. После начала первой мировой войны Отто Штерна призвали в армию Германии. Его послали в Польшу в составе метеорологического отряда. Одновременно с этим Штерн продолжил теоретические исследования, в том числе работу, начатую совместно с Нернстом. Отто Штерн применил квантовую теорию и статистическую механику к проблемам термодинамики и опубликовал статью. Несколько позже Отто Штерна перевели в лабораторию Нернста в Берлинском университете, где выполняли различные исследования по поручению военного министерства. В Берлине Штерн работал вместе с Максом Борном, Джеймсом Франком, Максом Фольмером и другими учеными. После окончания войны Борн стал директором Института теоретической физики Франкфуртского университета и пригласил Отто Штерна своим ассистентом. Штерн опубликовал вместе с Борном теоретическую работу о поверхностной энергии твердых тел. Вскоре Отто Штерна заинтересовала проблема экспериментального подтверждения теории молекулярного движения (теоретическое обоснование этой теории уже было выдвинуто Джеймсом Клерком Максвеллом). Для этого эксперимента Отто Штерн решил воспользоваться методом молекулярных пучков, который был изобретен в 1911 году французским физиком Луи Дюнойе. Штерн разработал специальный экспериментальный прибор. Он состоял из небольшой печи, испарявшей атомы серебра, и двух щелей, с помощью которых фильтровались только идущие в определенном направлении атомы (щели находились на одной линии). Таким образом удалось получить тонкий пучок атом, двигавшихся в одном направлении. Для уменьшения вероятности столкновений в наружной камере создавался вакуум. После этого можно было измерить скорость движения атомов, причем для этого существует множество способов, например, можно поставить друг за другом два зубчатых колеса. Тогда пучок, прошедший через зазор между зубцами первого из них, пройдет через второе, только при определенной скорости пучка. В 1920 году Отто Штерн завершил эксперименты по определению распределения скоростей молекул (в последующие годы он их еще уточнил). Его опыты полностью подтвердили теоретические расчеты. После этого Отто Штерн обратился к Вальтеру Герлаху с просьбой помочь исследовать (тем же методом) магнитные моменты атомов. По классической физике магнитный момент может иметь любое направление. В то же время в квантовой теории (это предсказал Зоммерфельд) магнитный момент может иметь только два направления относительно внешнего поля (совпадать с направлением внешнего поля или быть направленным в противоположном направлении). В опыте Штерна-Герлаха, выполненном в 1921 году, молекулярный пучок пропускался между полюсами неоднородного магнита. Рассуждение на основе классической физики показывало, что отклонение атомов с различными направлениями магнитного момента будет распределено непрерывно (то есть узкий пучок просто станет шире). В то же время квантовая теория доказывала, что атомы будут отклоняться только одним из двух способов (в результате чего пучок расщепляется на два). Эксперимент Штерна-Герлаха подтвердил правильность квантовой теории. В 1921 году Отто Штерна назначили профессором физики Ростокского университета. В 1923 году Штерн стал полным (действительным) профессором Гамбургского университета. В Гамбурге у Штерна была лаборатория для исследований методом молекулярных пучков. После гипотезы Луи де Бройля 1924 года (о том, что электромагнитное излучение обладает не только квантовыми свойствами, но и волновыми) и экспериментальных доказательств существования волн де Бройля для электрона (Клинтоном Дж. Дэвиссоном, Лестером Джермером, Дж.П. Томсоном), Отто Штерн поставил еще один интересный опыт. Он исследовал пучки атомов гелия, падающих на поверхность кристалла фторида лития и наблюдал дифракцию (волновое явление). Поскольку расстояние между атомами кристаллической решетки было известно, Штерн смог определить длину волны для частиц гелия (результат подтвердил формулу Луи де Бройля). Потом Отто Штер, Иммануэль Эстерман и О.Р. Фриш измерили магнитный момент протона (в ядре атома водорода) и обнаружил, что он вдвое больше предсказанного Полем Дираком. После того, как Гитлер стал канцлером Германии, Эстермана и других ученых-евреев уволили из Франкфуртского университета. Хотя Отто Штерн был евреем, его не уволили (поскольку он служил в германской армии в первую мировую войну) но он ушел в отставку в знак протеста. Вместе с Эстерманом Штерн принял приглашение физического факультета Технологического института Карнеги, став там профессором-исследователем. Штерн помог институту создать лабораторию молекулярных пучков. В 1939 году Отто Штерн получил американское гражданство. После вступления США во вторую мировую войну, ученый работал консультантом министерства обороны США. В 1943 году Нобелевская премия не присуждалась, но на следующий год Отто Штерн был удостоен Нобелевской премии по физике за 1943 год "за вклад в развитие метода молекулярных пучков и открытие и измерение магнитного момента протона". Из-за войны церемония не проводилась. Премия была передана ученому в отеле Уол-Дорф-Астория в Нью-Йорке, а Нобелевскую лекцию Штерн прочитал в 1946 году. В 1946 году Штерн ушел из Технологического института Карнеги и переехал в Беркли (штат Калифорния, США) (там жили его сестры). Там Отто Штерн продолжил занятия физикой. Несмотря на то, что Отто Штерн часто ездил в Европу, он отказался поехать в Германию и получать пенсию от ее правительства. 17 августа 1969 года Отто Штерн умер от сердечного приступа(в одном из кинотеатров Беркли). Отто Штерн - член американской Национальной академии наук и Американского философского общества. Также Штерн был почетным доктором Швейцарского федерального технологического института и Калифорнийского университета.