 |
Йоханнес
Штарк, обладатель Нобелевской премии по физике 1919 года
|
Ученый, открывший
красное смещение
Родился
15 апреля 1874 года, Фрайунг, Бавария, Германская империя.
Умер
21 июня 1957 года, Траунштайн, Бавария, ФРГ.
Нобелевская премия по физике
1919 года. Формулировка Нобелевского комитета:
«За открытие эффекта Доплера в каналовых лучах и расщепления спектральных линий в электрическом поле (for his discovery of the Doppler effect in canal rays and the splitting of spectral lines in electric fields)».
Отец Йоханнеса Штарка
был крупным землевладельцем, поэтому проблем с поступлением и обучением у
будущего лауреата не было. При этом учился он размеренно, и только в 20 лет
поступил в Мюнхенский университет, через три года защитив там свою диссертацию
под названием «Исследования о саже».
 |
Вид
на Мюнхенский университет со стороны Амалиенштрассе, 1900 год
|
Три года спустя Штарк
меняет Мюнхен на более продвинутый Геттинген, в котором проработал шесть лет,
и, что удивительно для сравнительно молодого ученого, в возрасте 30 лет
основывает научный журнал Jahrbuch der Radioakti-vitat und Elektronik
(«Ежегодник радиоактивности и электроники»), редактором которого Штарк
проработал около девяти лет. А в 31 год, сделав, пожалуй, первое большое и
«прорывное» исследование в своей жизни, Штарк умудряется сразу же (1905 год)
сделать открытие, которое через 14 лет принесет ему Нобелевскую премию.
Наш герой
заинтересовался канальными лучами. Что это такое? Заряженные частицы – несущие
положительный заряд ионы — в вакууме движутся к электроду и пролетают сквозь
каналы (отверстия в нем). Знакомый нам Вильгельм Вин показал, что в каналах эти
ионы разгоняются до огромных скоростей.
Наш же герой решил
проверить, влияет ли на их спектр то, движутся ли эти частицы от наблюдателя
или к наблюдателю. Фактически, он решил проверить, не сработает ли на спектрах
движущихся частиц эффект Доплера.
Современные люди хорошо
знают, что это такое: эффект Доплера уже учат в школе, поясняя его на гудке
поезда – как меняется частота гудка с приближением поезда и с удалением его от
нас (cм. тему Что такое «Эффект Доплера»?
).
 |
Эффект
Доплера: приближаясь к наблюдателю, желтый шар выглядит зеленым, а удаляясь —
оранжевым. Чтобы зафиксировать такую смену цветов, шар должен двигаться со
скоростью около 5200 км/с
Wikimedia
Commons
|
Изучив хорошо известные
спектры простых ионов в канальных лучах, Штарк увидел: эффект Доплера
присутствует и тут. У удаляющихся от нас ионов спектр сдвинут в красную
область, приближающиеся – в синюю. Так, фактически было открыто красное
смещение – правда, пока что на Земле. До постоянной Хаббла были еще годы и
годы.
Любопытный факт: в
начале своей научной карьеры Штарк охотно приветствовал громивших новую физику
Эйнштейна, Планка и других. Так, он был первым, салютовавшим специальной теории
относительности, вышедшей одновременно с открытием самого Штарка. Он даже
предложил свои наблюдения доплеровского сдвига в подтверждение теории
относительности самому автору теории. Более того, в 1907 году Штарк обратился к
Эйнштейну с просьбой предоставить для публикации в его журнале статью по общей
теории относительности.
В 1913 году Штарк
делает новое открытие, необъяснимое с точки зрения классической физики. Как мы,
опять же, помним, в 1896 году Питер Зееман обнаружил, что магнитное поле расщепляет
спектральные линии светящегося газа или ионов щелочных металлов на три или
более линии, расположенных почти вплотную друг к другу. Теперь это известно под
названием эффекта Зеемана, а сам Зееман стал вторым нобелевским лауреатом по
физике сразу после Рентгена. Штарк, снова отправив ионы в каналы электродов,
сумел расщепить спектральные линии водорода во внешнем электрическом поле.
Теперь этот эффект знают под именем эффекта Штарка, и какое-то время его
безуспешно пытались воспроизвести другие физики. Как и пытались безуспешно
объяснить. До явления еще одного будущего нобелевского лауреата, о котором речь
пойдет дальше.
 |
Поперечный
эффект Зеемана в ртути
Chujoii/Wikimedia Commons |
В том же 1913 году
Нильс Бор предложил квантовую теорию атома водорода. Согласно ней, электроны
занимают только конкретные «орбиты», а точнее – энергетические уровни. Каждая
спектральная линия возникает при переходе электрона с одного уровня на другой.
Тремя годами позже
Арнольд Зоммерфельд и Пауль Эпштейн показали, что приложенное к атому водорода
магнитное поле изменяет энергетические уровни. Так получаются расщепленные
линии Штарка. Так что Штарк, сам того не ведая, подтвердил и теорию атома Бора,
и квантовую теорию вообще. Поэтому, в общем, неудивительно, что он получил
премию сразу за Планком. Правда, удивительно, почему этого же не произошло с
Нильсом Бором.
 |
Нильс
Бор (справа) беседует с Вернером Гейзенбергом
Wikimedia
Commons
|
Пожалуй, «нобелевка»
испортила Штарка. Он активно полез в политику (как мы помним, Германская
империя рухнула, и Штарк попытался подгрести немецкую науку под себя), вложил
нобелевский капитал в фарфоровую фабрику… В общем, не очень красиво себя вел,
что отвратило от него многих коллег. Взаимное недовольство нарастало, и Штарк с
приходом к власти Гитлера начал активно строить «арийскую» физику. Вместе со
знакомым нам Филиппом фон Ленардом. Штарка заклинило, и он начал нападать на
всех, с кем был несогласен, называя неугодных неевреев «белыми евреями в
науке». Под раздачу попали Макс фон Лауэ, Вернер Гейзенберг и многие другие.
Впрочем, возможно,
Штарку повезло. В 1936 году, когда поддержанный им план добычи золота не
сработал, он попал в немилось у Альфреда Розенберга – и ушел в отставку,
занимаясь садоводством, что позволило ему прожить еще 21 год… Но от наказания
за сотрудничество с нацистами он не ушел: в 1947 году суд признал его лицом,
совершившим тяжкое приступление, и приговорил к четырем годам тюрьмы.
 |
Йоханнес
Штарк на заседании суда, 1947 год
|