Millikan’ın Deneyi, fotonların varlığına dair önemli bir kanıt sunmuş olsa da, Robert A. Millikan kariyerinin ilerleyen yıllarına kadar bu kavramı tam anlamıyla kabul etmemişti.
Kuantum Bilim ve Teknolojisi Uluslararası Yılı vesilesiyle, Physics Magazine ve APS News arşivlerinden kuantum fiziği tarihine dair makaleleri yeniden yayımlıyoruz. Bu yazının orijinali, Physics Magazine‘in 22 Nisan 1999 tarihli sayısında yayınlanmıştır.
Millikan’ın 1916 tarihli, Planck sabitinin ölçümüne yönelik makalesi, o dönem için çığır açıcı bir çalışma olarak kabul edildi. Günümüzde bu çalışma, hem fizikçilerin Nobel Ödülü’ne layık gördüğü bir başarı hem de Millikan’ın, doğruladığı kuantum teorisine karşı kendi iç mücadelesini gözler önüne seren tarihsel bir belge olarak okunabilir.
Fotoelektrik etki (ışığın metal yüzeylere çarpmasıyla elektronların salınması) uzun süredir biliniyordu, ancak Einstein’ın 1905’te öne sürdüğü
(1/2)mv2 = hν – P
denklemine göre salınan elektronların maksimum kinetik enerjisiyle ilgili ilk kesin ölçümleri Millikan gerçekleştirdi.
Burada h Planck sabiti; ν ışığın frekansı ve P metalden elektron koparmak için gereken iş fonksiyonudur.
Milikan’ın Planck Sabiti Ölçümü
Millikan, sabitini önceki çalışmalardan çok daha kesin bir şekilde 6.57 × 10–27erg-saniye olarak hesapladı.
Bu başarı, büyük ölçüde Millikan’ın “vakumda çalışan bir makine atölyesi” olarak adlandırdığı yenilikçi bir cihaz sayesinde mümkün oldu. Elektromanyetik olarak kontrol edilen döner bir bıçak, metal yüzeyini ışıkla temas etmeden önce temizliyordu. Elektronların kinetik enerjisi ise onları durdurmak için gereken elektrik alanının potansiyel enerjisi ölçülerek belirlendi. Bu ölçümlerde Millikan, 1913’te yağ damlası deneyiyle büyük bir hassasiyetle belirlediği elektron yükü ee değerine güvenle başvurdu.
Millikan’ın deneyci kişiliği ve karakteri burada açıkça görülüyordu: en popüler sorulara yanıt arama tutkusu, yorulmak bilmeyen azmi (bu çalışma 1905’te başlamıştı) ve olağanüstü hassasiyetle sonuçlar elde etme isteği. Bu çalışma, dönemin en önemli deneysel başarılarından biri olarak 1923 Nobel Fizik Ödülü’ne layık görüldü.
Ancak tarihçiler için bu makale, Amerikan fiziğinin o dönemdeki sınırlı yapısını da gözler önüne seriyor. 1916’da yayımlanan derginin diğer makaleleri, bilimin deneysel tarafına yoğun bir ilgi olduğunu ve teorik çalışmalara kıyasla daha az iddialı bir yaklaşım benimsendiğini gösteriyor.
Millikan, 1916’nın başında yayımlanan bir makalesinde, Einstein’ın fotoelektrik denklemine ilişkin şu yorumu yapıyordu: “Bu denklem, şu an için tatmin edici bir teorik temele dayanıyor olarak görülemez.” Ancak ilginç bir şekilde, aynı çalışmada, bu denklemin deneysel olarak çok doğru bir şekilde fotoelektrik etkiyi tanımladığını da kabul ediyordu. Millikan, Einstein’ın kuantum teorisini fotoelektrik etkiyle ilişkilendirme girişimine açıkça mesafeli duruyordu. Foton kavramını “cesur, hatta dikkatsiz bir varsayım” olarak tanımlıyor ve bunun, ışığın dalga fenomeni olduğu yönündeki klasik kavramlarla çeliştiğini savunuyordu.
1912’de Amerikan Fizik Topluluğu ile ortak düzenlenen bir toplantıda yaptığı konuşmada, Planck’ın radyasyon teorisinin sunumunu kendisine uygun görmüş, ancak ışığın parçacık modeli fikrini “düşünülemez” olarak nitelendirmişti. Bu bağlamda, Millikan’ın 1916 tarihli makalesi, Einstein’ın denklemini doğrulamayı ve hh sabitini belirlemeyi amaçlasa da, kuantum ışık teorisinin radikal sonuçlarını benimsememekte ısrarcıydı.
Millikan, Nobel konuşmasında bu ikilemini açıkça dile getirdi: “Bu çalışma, benim beklentilerime aykırı olarak, Einstein denkleminin ilk doğrudan deneysel kanıtını ve Planck sabitinin fotoelektrik yolla ilk kez ölçülmesini sağladı.” Ancak bu içsel çatışmanın izlerini, deneysel makalelerinde açıkça görmek zordur.
İlginç bir şekilde, Millikan 1950’de yayımladığı otobiyografisinde 1916’daki çalışmalarını tamamen farklı bir şekilde yorumladı. Fotonların varlığına dair deneysel kanıtların, Einstein’ın başlangıçta önerdiği “yarı-parçacık” teorisini net bir şekilde desteklediğini ifade etti.
Sonuç olarak, Millikan, kendi deneysel tarihini basit bir anlatıya dönüştürerek, günümüzde ders kitaplarında yer alan anlatıyla uyumlu hale getirdi.
Kaynak: physics.aps.org/articles/v18/12
