Όλα ξεκίνησαν κάπως έτσι - Πρωτοπόροι
Read more +
Ως μαθητής, ο Rohrer ενδιαφερόταν για τη φυσική, τη χημεία και τις κλασικές γλώσσες. Αποφάσισε να επικεντρωθεί στη φυσική όταν εγγράφηκε στο Ελβετικό Ομοσπονδιακό Τεχνολογικό Ινστιτούτο στη Ζυρίχη το φθινόπωρο του 1951. Ένας από τους καθηγητές του ήταν ο Wolfgang Pauli, ο οποίος κέρδισε το Νόμπελ Φυσικής το 1945 για την ανακάλυψη της αρχής του αποκλεισμού, καλύτερα γνωστή ως αρχή του Πάουλι. Από τον Pauli και τους άλλους καθηγητές του, ο Rorher έμαθε τα βασικά της φυσικής και έλαβε πτυχίο επιστήμης από το Ινστιτούτο το 1955.
Διεξήγαγε μεταπτυχιακές εργασίες σε υπεραγωγούς
Το φθινόπωρο του 1955, ο Rohrer άρχισε να εργάζεται για το διδακτορικό του. διατριβή για την υπεραγωγιμότητα. "Ήταν τυχαίο το γεγονός ότι ο Jörgen Lykke Olsen με εμπιστεύτηκε για να μετρήσω τις αλλαγές μήκους των υπεραγωγών στη μετάβαση υπεραγωγών που προκαλείται από το μαγνητικό πεδίο", δήλωσε ο Rohrer στην αυτοβιογραφία του που δημοσιεύτηκε στην ιστοσελίδα του βραβείου Νόμπελ. "Είχε ήδη πρωτοπορήσε στο πεδίο με μετρήσεις για την ασυνέχεια του μέτρου του Young. Ακολουθώντας τα βήματά του, έχασα κάθε σεβασμό για τα angstroms [ένα ατομικό μέτρο]. Οι μηχανικοί μετατροπείς ήταν πολύ ευαίσθητοι στους κραδασμούς και έμαθα να δουλεύω μετά τα μεσάνυχτα, όταν η πόλη κοιμόταν». Ο Rohrer θυμήθηκε ότι τα μεταπτυχιακά του χρόνια ήταν διασκεδαστικά και αξέχαστα, αν και διακόπηκαν από τη βασική του εκπαίδευση στο ελβετικό πεζικό. Έλαβε το διδακτορικό του στην πειραματική φυσική από το Ινστιτούτο το 1960, και για ένα χρόνο αργότερα εργάστηκε ως βοηθός έρευνας στο ινστιτούτο.
Το καλοκαίρι του 1961, ο Ρόρερ παντρεύτηκε τη Rose-Marie Egger, στην οποία έχει πιστώσει ότι έφερε μια σταθεροποιητική επιρροή στη ζωή του. Το ζευγάρι πέρασε το μήνα του μέλιτος στις Ηνωμένες Πολιτείες, όπου ο Rohrer πέρασε δύο χρόνια κάνοντας μεταδιδακτορική έρευνα στο Πανεπιστήμιο Rutgers στο New Brunswick του Νιου Τζέρσεϊ, δουλεύοντας στη θερμική αγωγιμότητα των υπεραγωγών και μετάλλων τύπου II.
Έγινε μέλος της IBM στην Ελβετία
Μετά από ένα τετράμηνο κάμπινγκ στις Ηνωμένες Πολιτείες, ο Rohrer επέστρεψε στην Ελβετία το 1963. Το καλοκαίρι εκείνου του έτους, ο Ambros Speiser, διευθυντής του νεοϊδρυθέντος ερευνητικού εργαστηρίου IBM στο Ruschlikon της Ελβετίας, πρόσφερε στον Rohrer μια θέση στην εταιρεία ως βοηθός ερευνητικού προσωπικού. Αποφασισμένος να δεχτεί αυτή τη θέση από τον καθηγητή του Bruno Luthi, ο Rohrer προσχώρησε στην IBM τον Δεκέμβριο του 1963. Τα ερευνητικά του ενδιαφέροντα περιελάμβαναν συστήματα Kondo, μεταβάσεις φάσεων, πολυκριτικά φαινόμενα, σάρωση μικροσκοπίας σήραγγας και, πιο πρόσφατα, νανομηχανική.
Μέχρι το τέλος της δεκαετίας, ο συνάδελφος Keith Blazey, ο οποίος είχε κάνει πειράματα οπτικής στο GdAlO3, έναν αντι -σιδηρομαγνήτη, ζήτησε από τον Rohrer να συνεργαστεί μαζί του. Έτσι ξεκίνησε η συνεργασία σε διαγράμματα μαγνητικής φάσης που θα οδηγούσαν τελικά τον Rohrer στο πεδίο των κρίσιμων φαινομένων. Ο K. Alex Muller, ο οποίος κέρδισε ένα μερίδιο του Νόμπελ Φυσικής του 1987 για πρωτοπορίες στην ανακάλυψη της υπεραγωγιμότητας σε κεραμικά υλικά, είχε πρωτοστατήσει σε κρίσιμα φαινόμενα στο εργαστήριο Ruschlikon της IBM και ενθάρρυνε τον Ρόρερ προς αυτή τη νέα κατεύθυνση. Ο Roher επικεντρώθηκε στην δικριτική και τετρακριτική συμπεριφορά και στο πρόβλημα του τυχαίου πεδίου. «Αυτά ήταν τα πιο ευχάριστα χρόνια, κατά τη διάρκεια των οποίων τόσοι πολλοί υπομονετικοί συνάδελφοι μου δίδαξαν φυσική», θυμάται ο Rohrer στην αυτοβιογραφία του με Νόμπελ.
Ο Rohrer παρέμεινε στην IBM καθ 'όλη τη διάρκεια της καριέρας του. «Σε όλα τα χρόνια της IBM Research, εκτιμώ ιδιαίτερα την ελευθερία να συνεχίσω τις δραστηριότητες που μου φάνηκαν ενδιαφέρουσες και απόλαυσα πολύ το ερέθισμα, τη συλλογική συνεργασία, την ειλικρίνεια και την πνευματική γενναιοδωρία δύο επιστημονικών κοινοτήτων, συγκεκριμένα, στην υπεραγωγιμότητα και τα κρίσιμα φαινόμενα, «Ο Rohrer έγραψε στην αυτοβιογραφία του για το Νόμπελ. Μέχρι τη συνταξιοδότησή του, ο μόνος χρόνος που έφυγε ο Rohrer από την εταιρεία ήρθε στα μέσα της δεκαετίας του 1970, όταν πήρε ένα χρόνο για να σπουδάσει πυρηνικό μαγνητικό συντονισμό στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Σάντα Μπάρμπαρα. Περίεργος για τον πυρηνικό μαγνητικό συντονισμό, ο Rohrer ξεκίνησε το 1974, συνεργαζόμενος με τους καθηγητές Vince Jaccarino και Alan King. Μαζί οι τρεις τους έλυσαν ένα συγκεκριμένο πρόβλημα στο δικριτικό σημείο του MnF2, το υλικό της βάσης τους.
Άρχισε να συνεργάζεται με τον Binnig
Ο Rohrer τελικά ενδιαφέρθηκε για τις περίπλοκες ατομικές δομές των επιφανειακών υλικών, δομές που τότε ήταν ελάχιστα κατανοητές. Η ανάπτυξη του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου είχε επιτρέψει τη διερεύνηση της διάταξης των ατόμων στα υλικά, αλλά οι προσπάθειες να ανακαλυφθούν πληροφορίες σχετικά με την πολύ διαφορετική φύση των επιφανειακών ατόμων είχαν μικρή επιτυχία.
Το 1978 στη Ζυρίχη, ο Rohrer ξεκίνησε μια γόνιμη συνεργασία με τον Gerd Binnig, έναν νεαρό Γερμανό που μόλις είχε ολοκληρώσει το διδακτορικό του. Ο Rohrer και ο Binnig άρχισαν να εξερευνούν στρώματα οξειδίων σε μεταλλικές επιφάνειες. Για να συνεχίσουν την έρευνά τους, αποφάσισαν να αναπτύξουν ένα φασματοσκοπικό καθετήρα. Ωστόσο, κατά τη διαδικασία, σχεδίασαν έναν νέο τύπο μικροσκοπίου, αυτό που θα επέτρεπε τη μελέτη, με τη μεγαλύτερη δυνατή λεπτομέρεια, της ατομικής δομής της υπό εξέταση επιφάνειας. Οι εικόνες μεμονωμένων ατόμων σε μια μεταλλική ή ημιαγωγική επιφάνεια θα σχηματίζονταν με σάρωση της άκρης ενός αισθητήρα βελόνας πάνω από την επιφάνεια, σε ύψος μόνο μερικών ατομικών διαμέτρων.
Η ανάπτυξη αυτού του μοναδικού μικροσκοπίου ξεκίνησε όταν ο Rohrer και ο Binnig χρησιμοποίησαν μια τεχνική που ονομάζεται σήραγγα. Η κβαντομηχανική είχε αποκαλύψει ότι τα ηλεκτρόνια συμπεριφέρονται με τρόπο που μοιάζει με κύμα και τα κάνει να δημιουργούν ένα νέφος που εξαπλώνεται καθώς εκπέμπονται από την επιφάνεια ενός δείγματος. Όταν τα νέφη του ηλεκτρονίου από δύο κοντινές επιφάνειες αλληλεπικαλύπτονται, τα ηλεκτρόνια στη συνέχεια «σήραγγαν» από το ένα σύννεφο στο άλλο. Η τεχνική της πρόκλησης μιας τέτοιας σήραγγας μέσω ενός μονωτικού στρώματος ήταν χρήσιμη για την αποκάλυψη πληροφοριών σχετικά με τα ατομικά υλικά εκατέρωθεν της μόνωσης.
Για την προσέγγισή τους, ο Rohrer και ο Binnig πέρασαν από ένα κενό και στη συνέχεια χρησιμοποίησαν έναν αισθητήρα βελόνας μέσα στο κενό για να σαρώσουν την επιφάνεια του δείγματος. Καθώς η άκρη του καθετήρα πλησίαζε το δείγμα, τα νέφη ηλεκτρονίων του καθενός επικαλύπτονταν και ένα ρεύμα σήραγγας άρχισε να ρέει. Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν έναν μηχανισμό ανάδρασης που αξιοποίησε το ρεύμα για να διατηρήσει το άκρο του καθετήρα σε σταθερό ύψος πάνω από την επιφάνεια του δείγματος, επιτρέποντας στο άκρο να ακολουθήσει τα περιγράμματα των επιμέρους ατόμων της σαρωμένης επιφάνειας. Στη συνέχεια, ένας υπολογιστής επεξεργάστηκε την κίνηση του άκρου και χρησιμοποίησε τα δεδομένα για να παράγει μια τρισδιάστατη εικόνα υψηλής ανάλυσης αυτής της επιφάνειας.
Από την αρχή, ο Rohrer και ο Binnig ήξεραν ότι είχαν κάτι με αυτήν την πρωτοποριακή τεχνική. Ωστόσο, αντιμετώπισαν προβλήματα και το πρώτο ήταν ότι το άκρο του αισθητήρα ήταν ευαίσθητο σε διαταραχές από κραδασμούς και θόρυβο. Με βάση την προηγούμενη εμπειρία του Rohrer με υπεραγωγούς, όπου οι μετατροπείς είχαν την ίδια ευαισθησία, ο Rohrer και ο Binnig αποφάσισαν να προστατεύσουν τον αισθητήρα από διαταραχές με μαγνήτες και τραπέζι βαριάς πέτρας στρωμένα με ελαστικά ελαστικά. Αυτό έλυσε το πρόβλημά τους. Η βασική συσκευή δοκιμάστηκε επιτυχώς το 1981 και οι Rohrer και Binnig τη βελτίωσαν τεχνολογικά. Το μικροσκόπιο που προέκυψε χτίστηκε σε έναν βαρύ μόνιμο μαγνήτη που επιπλέει σε ένα πιάτο υπεραγώγιμου μολύβδου. Μέχρι τα μέσα της δεκαετίας του 1980, όλοι εκτός από τον θάλαμο κενού του μικροσκοπίου σάρωσης σήραγγας θα μπορούσαν να χωρέσουν στην παλάμη ενός χέρι και θα μπορούσε να δείξει λεπτομέρειες τόσο μικρές όσο το ένα δέκατο του angstrom. Ένα angstrom ισοδυναμεί με τη διάμετρο ενός μόνο ατόμου, ή 2,5 δισεκατομμυριοστά της ίντσας. Αργότερα, αναπτύχθηκαν μικροσκόπια σήραγγας σάρωσης που θα λειτουργούσαν επίσης στο νερό, τον αέρα και τα κρυογονικά υγρά. Το 1987, η ερευνητική ομάδα του Rohrer στην IBM είχε αναπτύξει ένα μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας μεγέθους δακτύλου.
Κέρδισε το Νόμπελ
Το 1986, ο Rohrer και ο Binnig έλαβαν το Νόμπελ Φυσικής για την εφεύρεση του μικροσκοπίου σάρωσης σήραγγας. Μοιράστηκαν το βραβείο με τον Ernst Ruska, ο οποίος αναγνωρίστηκε για τη θεμελιώδη δουλειά του στην οπτική ηλεκτρονίων και για το σχεδιασμό του πρώτου ηλεκτρονικού μικροσκοπίου. Κατά την απονομή του Νόμπελ, η Βασιλική Σουηδική Ακαδημία Επιστημών είπε ότι το μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας ήταν μια εντελώς νέα συσκευή που ήταν μόνο στην αρχή της ανάπτυξής της. Αν και αναγνωρίζει ότι η συσκευή είχε δοκιμαστεί με επιτυχία μόνο για πρώτη φορά το 1981, η Ακαδημία πρόσθεσε: "Ωστόσο, είναι σαφές ότι ανοίγουν εντελώς νέα πεδία για τη μελέτη της δομής της ύλης. Το μεγάλο επίτευγμα του Binnig και του Rohrer είναι ότι, ξεκινώντας από προηγούμενες εργασίες και ιδέες, κατάφεραν να κυριαρχήσουν στις τεράστιες πειραματικές δυσκολίες που συνεπάγεται η οικοδόμηση ενός οργάνου της ακρίβειας και της σταθερότητας που απαιτείται.» Όπως ανέμενε η Σουηδική Ακαδημία, το λάθος του τούνελ σάρωσης χρησιμοποιήθηκε σύντομα σε τομείς τόσο διαφορετικούς όσο η επιστήμη των ημιαγωγών, η μεταλλουργία, η ηλεκτροχημεία και η μοριακή βιολογία. Πιο πρόσφατα, αποδείχθηκε απαραίτητο εργαλείο για τη νέα επιστήμη της νανοτεχνολογίας.
Μετέπειτα καριέρα
Εκτός από το βραβείο Νόμπελ, ο Rohrer και ο Binnig έλαβαν επίσης το Βραβείο King Faisal και το Βραβείο Ευρωφυσικής Hewlett Packard το 1984 για την εφεύρεσή τους του μικροσκοπίου σάρωσης σήραγγας. Το 1987, ο Rohrer έλαβε το Μετάλλιο Cresson του Ινστιτούτου Franklin στη Φιλαδέλφεια. Η εφεύρεση του miscroscope οδήγησε επίσης στην ένταξη του Rohrer στο National Inventors Hall of Fame των ΗΠΑ. Επιπλέον, ο Rohrer έχει επίσης βραβευτεί ως επίτιμος διδάκτορας από διάφορα πανεπιστήμια. Συνεχίζοντας το έργο του μετά το βραβείο Νόμπελ, ο Rohrer διορίστηκε συνεργάτης της IBM το 1986 και διετέλεσε διευθυντής του τμήματος φυσικών επιστημών στο Ερευνητικό Εργαστήριο της Ζυρίχης από το 1986 έως το 1988. Αποσύρθηκε από την IBM τον Ιούλιο του 1997 και δέχθηκε ερευνητικούς διορισμούς στο Consejo Superior de Investigaciones Científicas στη Μαδρίτη της Ισπανίας και στο Πανεπιστήμιο Riken και Tohoku στην Ιαπωνία.
Ο μικρός κόσμος της νανοεπιστήμης
Τα τελευταία χρόνια, το ενδιαφέρον του Rohrer επικεντρώνεται στη νανοεπιστήμη και τη νανοτεχνολογία. Η νανοεπιστήμη περιλαμβάνει σωματίδια που είναι μικρότερα από τα άτομα. Ένα νανόμετρο είναι το ένα δισεκατομμυριοστό του μέτρου, ή 1/1.000.000.000 του μέτρου. Πέντε άτομα υδρογόνου τοποθετημένα το ένα δίπλα στο άλλο θα είχαν έκταση περίπου ένα νανόμετρο. Ένα μόνο ανθρώπινο κύτταρο περιλαμβάνει χιλιάδες νανόμετρα.
Σε αυτό το επίπεδο, η κλίμακα είναι τόσο μικρή που οι γενικά αποδεκτές αρχές της φυσικής δεν ισχύουν πλέον. Δυνάμεις όπως η αδράνεια, η τριβή και η βαρύτητα δρουν διαφορετικά ή δεν έχουν καν νόημα. Η νανοεπιστήμη προσπαθεί να κατανοήσει πώς συμπεριφέρεται η ύλη σε αυτό το επίπεδο, ενώ η νανοτεχνολογία περιλαμβάνει έρευνα και ανάπτυξη τεχνολογίας σε ατομικό, μοριακό ή μακρομοριακό επίπεδο. δημιουργία και χρήση δομών, συσκευών και συστημάτων που έχουν τις ιδιότητες που απαιτούνται για την αντιμετώπιση τέτοιου υλικού · και την ικανότητα ελέγχου ή χειραγώγησης σε ατομική κλίμακα.
Ο Rohrer πιστεύει ότι ο κόσμος θα πρέπει να είναι έτοιμος να εκμεταλλευτεί τις νέες δυνατότητες που προσφέρει η νανοτεχνολογία. Επιπλέον, πιστεύει ότι συσκευές όπως το μικροσκόπιο σήραγγας σάρωσης θα ήταν χρήσιμες για την αντιμετώπιση μιας από τις μεγαλύτερες προκλήσεις της νανοεπιστήμης και της νανοτεχνολογίας: τη βελτίωση της διεπαφής μεταξύ του μακροσκοπικού κόσμου της παραδοσιακής κατασκευής και του «νανο» κόσμου. Το μικροσκόπιο σήραγγας σάρωσης θα μπορούσε να βοηθήσει στη δημιουργία μιας τέτοιας διεπαφής και έτσι να γίνει ένα από τα κύρια εργαλεία της νανοτεχνολογίας. Μαζί με τις απεικονιστικές του δυνατότητες, το μικροσκόπιο θα μπορούσε να αναδιαμορφωθεί για να χειρίζεται μόρια και άτομα και θα επέτρεπε στους ερευνητές και στους προγραμματιστές προϊόντων να παρατηρούν τι συμβαίνει σε μοριακό επίπεδο, ώστε να μπορούν να τροποποιούν και να κατασκευάζουν αντικείμενα σε νανο-επίπεδο.
Read more +
Το 1911 ανακαλύφθηκε ότι ορισμένα μέταλλα, όταν ψύχονται σε αρκετά χαμηλές θερμοκρασίες, μπορούν να μεταφέρουν ρεύμα χωρίς αντίσταση. Αυτή η φαινομενικά θαυματουργή ιδιότητα, η υπεραγωγιμότητα, προέρχεται απευθείας από την κβαντομηχανική και βασίζεται σε πολλές σύγχρονες τεχνολογίες, όπως σαρωτές σώματος απεικόνισης μαγνητικού συντονισμού και επιταχυντές σωματιδίων. Για δεκαετίες, ωστόσο, δεν υπήρχε θεωρία που να εξηγεί πώς τα ηλεκτρόνια στα υπεραγώγιμα υλικά ξεπερνούν τις δικές τους αμοιβαία απωθητικές ιδιότητες και άλλες αιτίες αντίστασης.
Στις αρχές του 1957, ο Schrieffer, τότε 25χρονος μεταπτυχιακός φοιτητής, έγραψε μια κβαντομηχανική συνάρτηση κύματος που αντιπροσώπευε τη συμπεριφορά των ηλεκτρονίων στους υπεραγωγούς. Με τον σύμβουλο διατριβής του John Bardeen και τον μεταδιδακτικό συνάδελφό του Leon Cooper, δημοσίευσε τη διάσημη πλέον συνάρτηση κύματος BCS και την πλήρη θεωρία της υπεραγωγιμότητας σε λιγότερο από ένα χρόνο αργότερα-που ονομάστηκε BCS από την τριάδα, η οποία μοιράστηκε το βραβείο Νόμπελ (J. Bardeen, LN Cooper και JR Schrieffer Phys. Rev. 108, 1175; 1957). Το έργο είχε εκτεταμένες συνέπειες τόσο για τη θεμελιώδη επιστήμη όσο και για την πρακτική τεχνολογία. Ο Schrieffer συνέχισε να συμβάλλει θεμελιωδώς στην κατανόηση των ηλεκτρονίων στα στερεά.
Γεννημένος στο Oak Park, Illinois, το 1931, ο Schrieffer σπούδασε φυσική στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης στο Cambridge ως προπτυχιακός. Ήταν στο μεταπτυχιακό τμήμα του Πανεπιστημίου του Ιλινόις στην Urbana-Champaign που άρχισε να συνεργάζεται με τον Bardeen, ο οποίος το 1956 είχε μόλις κερδίσει ένα μερίδιο του Νόμπελ Φυσικής για την εφεύρεση του τρανζίστορ.
Ο Bardeen πρότεινε στον Schrieffer να συμβάλλει στην κατανόηση της υπεραγωγιμότητας. Αυτή ήταν μια ριψοκίνδυνη πρόταση. Μετά την αρχική επιτυχία της κβαντικής θεωρίας στην περιγραφή συνηθισμένων αγωγών, μονωτών και ημιαγωγών, υπήρξαν αμέτρητες προσπάθειες εξήγησης των υπεραγωγών και όλες απέτυχαν. Αλλά ο συγχρονισμός ήταν σωστός. Ο Bardeen, με τον τότε μεταδιδάκτορα του David Pines, είχε μελετήσει την επίδραση των φωνονίων (κβαντισμένα ηχητικά κύματα) στα μέταλλα, δείχνοντας ότι μεσολαβούσαν σε μια ελκτική αλληλεπίδραση μεταξύ ηλεκτρονίων. Ο Cooper διαπίστωσε ότι αυτή η ελκτική αλληλεπίδραση θα μπορούσε να οδηγήσει στο σχηματισμό δεσμευμένων ζευγών ηλεκτρονίων. Ωστόσο, η θεωρία του Cooper περιέγραψε μόνο το σχηματισμό ενός ζεύγους ηλεκτρονίων. Το ερώτημα παρέμεινε πώς να περιγράψει τα πολλά ηλεκτρόνια που συνδυάζονται στην πλήρη ηλεκτρονική κατάσταση του μετάλλου και γιατί μια τέτοια σύζευξη θα οδηγούσε στις ιδιότητες ενός υπεραγωγού.
Το ένστικτο του Schrieffer λειτούργησε στο μετρό ενώ παρακολουθούσε μια συνάντηση του APS το 1957. Του έκανε εντύπωση ότι μια φυσική λειτουργία κυμάτων για την περιγραφή μιας κατάστασης με σύζευξη ηλεκτρονίων ήταν εκείνη στην οποία ο αριθμός των ηλεκτρονίων δεν ήταν σταθερός, αλλά είχε μια συγκεκριμένη κβαντική μηχανική αβεβαιότητα. Το έγραψε εκεί κάτω. Αυτή η βασική αντίληψη, ριζοσπαστική εκείνη την εποχή, αλλά τώρα μέρος της τυπικής εργαλειοθήκης της θεωρητικής φυσικής, έλυσε το πρόβλημα. Με τη λειτουργία κύματος στο χέρι, έγινε γρήγορα δυνατό να υπολογιστούν πολλές από τις παρατηρούμενες ιδιότητες των υπεραγωγών και να προβλεφθούν νέες ιδιότητες, οι οποίες στη συνέχεια βρέθηκαν.
Η όμορφη ιδέα του Schrieffer συνέβαλε σε πολλούς κλάδους της θεμελιώδους φυσικής. Στη φυσική συμπυκνωμένης ύλης, έχει εφαρμοστεί επίσης σε συστήματα υπερρευστού ηλίου-3 και ψυχρών ατόμων. Αλλού, η θεωρία βοήθησε να εξηγηθούν περίπλοκοι πυρήνες και αστέρια νετρονίων και έπαιξε καθοριστικό ρόλο στην εδραίωση της κατανόησης της θεωρίας κβαντικού πεδίου που βρίσκεται στο σημερινό πρότυπο μοντέλο ισχυρών, ηλεκτρομαγνητικών και ασθενών αλληλεπιδράσεων.
Ο Schrieffer πήρε μεταδιδακτορικές θέσεις στο Ινστιτούτο Niels Bohr στην Κοπεγχάγη και στο Πανεπιστήμιο του Μπέρμιγχαμ του Ηνωμένου Βασιλείου. Κατείχε θέσεις καθηγητή στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο, στο Πανεπιστήμιο του Ιλινόις και στο Πανεπιστήμιο της Πενσυλβάνια.
Καθ 'όλη τη διάρκεια της καριέρας του, ο Schrieffer επέδειξε την ίδια κλίση όπως και στη λαμπρή διορατικότητα της λειτουργίας κυμάτων του. Το 1979, ο ίδιος και οι συνεργάτες του έδειξαν ότι ορισμένα αγώγιμα πολυμερή θα μπορούσαν να παρουσιάσουν διέγερση με ηλεκτρικό φορτίο, αλλά χωρίς περιστροφή (η μαγνητική ροπή κάθε ηλεκτρονίου ονομάζεται περιστροφή του). Θα μπορούσε επίσης να συμβεί το αντίθετο: οι διεγέρσεις θα μπορούσαν να περιστρέφονται, αλλά χωρίς φόρτιση. Aταν μια αποκάλυψη ότι οι δύο θεμελιώδεις ιδιότητες των ηλεκτρονίων, το φορτίο και το σπιν, μπορούσαν να χωριστούν. Αυτή η αποδόμηση έχει ανακαλυφθεί έκτοτε σε πολλά άλλα σύνορα της φυσικής συμπυκνωμένης ύλης. Μια μεταγενέστερη συνεργασία έδειξε ότι ένα δεύτερο παράδειγμα αποδομημένων ηλεκτρονίων, οι κλασματικά φορτισμένες διέγερσεις στις κλασματικές κβαντικές καταστάσεις Hall, παρουσιάζουν επίσης κλασματικές στατιστικές, πράγμα που σημαίνει ότι δεν είναι τα συμβατικά μποζόνια ή φερμιόνια που πιστεύεται ότι χωρίζουν όλα τα θεμελιώδη σωματίδια σε δύο κατηγορίες.
Το 1980, μετακόμισε στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας, Σάντα Μπάρμπαρα, και εντάχθηκε στο νεοσύστατο Ινστιτούτο Θεωρητικής Φυσικής. Εδώ, μεταξύ 1984 και 1989, διετέλεσε δεύτερος διευθυντής του, συμβάλλοντας στην εδραίωση της ισχυρής φήμης του ως κέντρου θεωρητικής φυσικής έρευνας. Η τελευταία μετακόμισή του το 1992 ήταν πίσω στη Φλόριντα, όπου ανέλαβε καθολική θέση καθηγητή στο σύστημα πανεπιστημίου της πολιτείας της Φλόριντα. Από εκείνο το έτος έως το 2006 ήταν ο πρώτος επικεφαλής επιστήμονας του Εθνικού Εργαστηρίου Υψηλού Μαγνητικού Πεδίου στο Florida State University στο Tallahassee, όπου είχε καθοριστικό ρόλο στην καθιέρωση των επιστημονικών διαπιστευτηρίων της νέας εγκατάστασης. Η προεδρία του στο APS το 1996 χαρακτηρίστηκε από τις προσπάθειές του να βελτιώσει την επικοινωνία μεταξύ της κοινότητας της φυσικής και του κοινού και μεταξύ των ίδιων των φυσικών για να βοηθήσει στην ενοποίηση του πεδίου.
Ο Schrieffer ήταν εξίσου γνωστός για τη ζεστασιά, τη γοητεία, τη γενναιοδωρία και τη λαμπρότητα του. Όταν ο Μπομπ συζητούσε τη φυσική, τα μάτια του έλαμπαν και μια αγορίστικη συμπεριφορά έλαμπε μέσα του. Αυτός ο ενθουσιασμός και η παροχή σοφών συμβουλών στους νεότερους φυσικούς δεν εξαφανίστηκαν ποτέ. Το μοναδικό του στυλ αποτυπώνεται, σαν σε φωτογραφία, από τη λειτουργία κύματος BCS.
Read more +
Ο Claude Elwood Shannon γεννήθηκε στις 30 Απριλίου 1916 στο Petoskey του Μίσιγκαν. Αφού παρακολούθησε το Δημοτικό και το Γυμνάσιο στη γειτονική του γενέτειρα Gaylord, πήρε πτυχίο στην ηλεκτρολογία και τα μαθηματικά από το Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν. Μετά την αποφοίτησή του, ο Shannon μετακόμισε στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης (MIT) για να συνεχίσει τις μεταπτυχιακές του σπουδές. Ενώ ήταν στο MIT, συνεργάστηκε με τον Δρ Vannevar Bush σε ένα από τα πρώτα μηχανήματα υπολογισμού, το "διαφορικό αναλυτή", το οποίο χρησιμοποίησε ένα ακριβές σύστημα με άξονες, γρανάζια, τροχούς και δίσκους για να λύσει εξισώσεις στο λογισμό. Αν και αναλογικοί υπολογιστές όπως αυτόί αποδείχτηκαν, ήταν κάτι παραπάνω από υποσημειώσεις στην ιστορία του υπολογιστή, ο Δρ Shannon άφησε γρήγορα το στίγμα του με τα ψηφιακά ηλεκτρονικά, μια πολύ πιο σημαντική ιδέα. Σε μια βραβευμένη μεταπτυχιακή εργασία που ολοκληρώθηκε στο Τμήμα Μαθηματικών, ο Shannon πρότεινε μια μέθοδο για την εφαρμογή μιας μαθηματικής μορφής λογικής που ονομάζεται Boolean άλγεβρα στο σχεδιασμό κυκλωμάτων μεταγωγής ρελέ. Αυτή η καινοτομία, που πιστώνεται ως η πρόοδος που μετέτρεψε τον σχεδιασμό κυκλωμάτων «από τέχνη σε επιστήμη», παραμένει η βάση για το σχεδιασμό κυκλωμάτων και τσιπ μέχρι σήμερα. Ο Shannon έλαβε μεταπτυχιακό στην ηλεκτρολογία και το διδακτορικό του. στα μαθηματικά από το MIT το 1940.
Το 1941, ο Shannon πήρε θέση στα εργαστήρια Bell, όπου είχε περάσει αρκετά προηγούμενα καλοκαίρια. Η πολεμική του εργασία στα μυστικά συστήματα επικοινωνίας χρησιμοποιήθηκε για να οικοδομήσει το σύστημα πάνω στο οποίο επικοινωνούσαν ο Ρούσβελτ και ο Τσώρτσιλ κατά τη διάρκεια του πολέμου. Όταν τελικά τα αποτελέσματά του ταξινομήθηκαν και δημοσιεύθηκαν το 1949, έφεραν επανάσταση στον τομέα της κρυπτογραφίας. Κατανοώντας, σχεδόν πριν από οποιονδήποτε, τη δύναμη που πηγάζει από την κωδικοποίηση πληροφοριών σε απλή γλώσσα του 1 και του 0, ο Δρ Shannon ως νέος επιστήμονας στα εργαστήρια Bell έγραψε δύο έγγραφα που παραμένουν μνημεία στους τομείς της επιστήμης των υπολογιστών και της θεωρίας της πληροφορίας. "Ο Shannon ήταν το άτομο που είδε ότι το δυαδικό ψηφίο ήταν το θεμελιώδες στοιχείο σε όλη την επικοινωνία", δήλωσε ο Δρ Robert G. Gallager, καθηγητής ηλεκτρολογίας που συνεργάστηκε με τον Dr. Shannon στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης. «Αυτή ήταν πραγματικά η ανακάλυψή του, και από αυτήν προέκυψε ολόκληρη η επανάσταση της επικοινωνίας».
Η σημαντικότερη εργασία της Shannon, «Μια μαθηματική θεωρία της επικοινωνίας», δημοσιεύτηκε το 1948. Αυτή η θεμελιώδης πραγματεία όρισε και μια μαθηματική έννοια με την οποία οι πληροφορίες μπορούν να ποσοτικοποιηθούν και απέδειξαν ότι οι πληροφορίες θα μπορούσαν να παραδοθούν αξιόπιστα μέσω ατελών καναλιών επικοινωνίας, όπως τηλεφωνικές γραμμές ή ασύρματες συνδέσεις. Αυτές οι πρωτοποριακές καινοτομίες παρείχαν τα εργαλεία που εισήγαγαν την εποχή της πληροφορίας. Όπως σημείωσε ο Ioan James, βιογράφος της Σάνον για τη Βασιλική Εταιρεία, «οι επιπτώσεις της ήταν τόσο μεγάλες που η θεωρία χαρακτηρίστηκε ως μία από τις πιο περήφανες και σπάνιες δημιουργίες της ανθρωπότητας, μια γενική επιστημονική θεωρία που θα μπορούσε να αλλάξει βαθιά και γρήγορα την άποψη της ανθρωπότητας για τον κόσμο». Ο Shannon συνέχισε να αναπτύσσει πολλές άλλες σημαντικές ιδέες των οποίων ο αντίκτυπος επεκτάθηκε πολύ πέρα από το πεδίο της «θεωρίας πληροφοριών» που δημιουργήθηκε από την εργασία του του 1948.
Ο Shannon προσέγγισε την έρευνα με μία αίσθηση περιέργειας, χιούμορ και διασκέδασης. Καταξιωμένος ποδηλάτης, ήταν διάσημος για το ποδήλατο στις αίθουσες των Bell Labs τη νύχτα, κάνοντας ζογκλερικά καθώς πήγαινε. Η μετέπειτα εργασία του σε μηχανήματα που παίζουν σκάκι και ένα ηλεκτρονικό ποντίκι που μπορούσε να τρέξει έναν λαβύρινθο βοήθησε στη δημιουργία του πεδίου της τεχνητής νοημοσύνης, της προσπάθειας να κατασκευάσει μηχανές που σκέφτονται. Και η ικανότητά του να συνδυάζει την αφηρημένη σκέψη με μια πρακτική προσέγγιση - είχε μια τάση για την κατασκευή μηχανών - ενέπνευσε μια γενιά επιστημόνων υπολογιστών. Ο Δρ Marvin Minsky του MIT, ο οποίος ως νέος θεωρητικός συνεργάστηκε στενά με τον Δρ Shannon, εντυπωσιάστηκε από τον ενθουσιασμό και την προσπάθειά του. «Ό, τι κι αν προέκυψε, το έβαλε με χαρά και το επιτέθηκε με έναν εκπληκτικό πόρο - που μπορεί να είναι κάποιο νέο είδος τεχνικής αντίληψης ή ένα σφυρί και ένα πριόνι με μερικά κομμάτια ξύλου», δήλωσε ο Δρ. Είπε ο Μίνσκι. «Για εκείνον, όσο πιο δύσκολο μπορεί να φαίνεται ένα πρόβλημα, τόσο καλύτερη είναι η ευκαιρία να βρει κάτι καινούργιο».
Ενώ ο Shannon εργαζόταν σε έναν τομέα για τον οποίο δεν προσφέρεται βραβείο Νόμπελ, το έργο του ανταμείφθηκε πλούσια με τιμές όπως το Εθνικό Μετάλλιο της Επιστήμης (1966) και τιμητικά πτυχία από το Yale (1954), το Michigan (1961), το Princeton (1962), το Edin - burgh (1964), Pittsburgh (1964), Northwestern (1970), Oxford (1978), East Anglia (1982), Carnegie-Mellon (1984), Tufts (1987) και το Πανεπιστήμιο της Πενσυλβανίας (1991). Ήταν επίσης ο πρώτος αποδέκτης του βραβείου Harvey (1972), του βραβείου Kyoto (1985) και του βραβείου Shannon (1973). Το τελευταίο από αυτά τα βραβεία, που ονομάστηκε προς τιμήν του, απονέμεται από την Εταιρεία Θεωρίας της Πληροφορίας του Ινστιτούτου Ηλεκτρολόγων και Ηλεκτρονικών Μηχανικών (IEEE) και παραμένει η υψηλότερη δυνατή τιμή στην κοινότητα ερευνητών αφιερωμένων στον τομέα που εφηύρε. Τα συλλεχθέντα έγγραφά του, που δημοσιεύθηκαν το 1993, περιέχουν 127 δημοσιεύσεις για θέματα που κυμαίνονται από τις επικοινωνίες έως την πληροφορική και ταχυδακτυλουργίες έως μηχανές "ανάγνωσης του νου".
Read more +
Στο Broken Genius: Η άνοδος και η πτώση του William Shockley, δημιουργού της Ηλεκτρονικής Εποχής, ο Joel Shurkin προσφέρει την πρώτη βιογραφία αυτού του σημαντικού και προβληματισμένου φυσικού. Το βιβλίο του είναι ένα pageturner, το οποίο είναι σπάνιο για μια επιστημονική βιογραφία, αλλά τα προβλήματα επεξεργασίας μερικές φορές αποσπούν την προσοχή από τη συναρπαστική ιστορία του βιβλίου. Βασιζόμενος σε μια συλλογή από εκτενείς ιδιωτικές εργασίες του Shockley στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ, ο Shurkin ζωγραφίζει ένα έντονο πορτρέτο του φυσικού, αναδεικνύοντας τα επιστημονικά του επιτεύγματα και τις προσωπικές του αδυναμίες. Για να εξηγήσει την πορεία της ζωής του Shockley, ο Shurkin αποκαλύπτει μεγάλο μέρος της παιδικής και οικογενειακής καταγωγής του υποκειμένου του. Σύμφωνα με τον Shurkin, ο Shockley μεγάλωσε σε μια οικογένεια που είχε ένα ισχυρό παρανοϊκό σερί, το οποίο θα μπορούσε να εξηγήσει τις ψυχικές διαταραχές του ίδιου του Shockley. Ο πατέρας του, μηχανικός ορυχείων, ενθάρρυνε τα επιστημονικά ενδιαφέροντα του γιου του. Η παιδική ηλικία του Shockley ήταν επίσης μοναχική, γεγονός που τον άφησε με σοβαρή έλλειψη κοινωνικών δεξιοτήτων.
Ο Shockley εκπαιδεύτηκε στη Φυσική στο MIT και το Caltech και αργότερα εντάχθηκε στο τεχνικό προσωπικό των εργαστηρίων Bell Labs. Κατά τη διάρκεια του Β 'Παγκοσμίου Πολέμου, έκανε την πρώτη του σημαντική συμβολή στον τομέα της επιχειρησιακής έρευνας. Εφαρμόζοντας στατιστικές τεχνικές στη διεξαγωγή πολέμου, αύξησε σημαντικά την αποτελεσματικότητα των πληρωμάτων πτήσης που κυνηγούσαν γερμανικά υποβρύχια στον Ατλαντικό Ωκεανό. Η έρευνά του διαδραμάτισε επίσης καίριο ρόλο στην πυροδότηση των ιαπωνικών πόλεων. Σύμφωνα με τον Shurkin, το έργο του Shockley στην έρευνα επιχειρήσεων θα μπορούσε να ήταν το μεγαλύτερο επαγγελματικό του επίτευγμα. Αλλά ο πόλεμος ήταν επίσης μια περίοδος προσωπικής καταπόνησης, που οδήγησε τον Shockley σε απόπειρα αυτοκτονίας και αυξανόμενη αποξένωση από τη σύζυγό του, Jean.
Μετά τον πόλεμο, κατόπιν αιτήματος της διοίκησης στα Bell Labs, ο Shockley οργάνωσε μια νέα ερευνητική ομάδα για την ανάπτυξη ενός διακόπτη στερεάς κατάστασης. Μεταξύ των κορυφαίων νεοσυλλέκτων του ήταν ο John Bardeen και ο Walter Brattain. Ο Shurkin ισχυρίζεται ότι η ανακάλυψη του τρανζίστορ από τον Bardeen και τον Brattain ήταν το σημείο καμπής στη ζωή του Shockley. Ο Shockley, ο οποίος δεν είχε εμπλακεί στην καθημερινή δουλειά του Bardeen και του Brattain, φοβόταν ότι δεν θα έπαιρνε κανένα εύσημα για την εφεύρεση του τρανζίστορ. Ως αποτέλεσμα, απομονώθηκε σε μια προσπάθεια να επαναφέρει την πνευματική του υπεροχή. Ανταγωνιζόμενος με τη δική του ομάδα, ο Shockley εφηύρε το διπολικό τρανζίστορ, και επίσης παρήγαγε ένα σημαντικό εγχειρίδιο, Ηλεκτρόνια και τρύπες στους ημιαγωγούς: με εφαρμογές στα ηλεκτρονικά τρανζίστορ (Van Nostrand, 1950). Αν και η έρευνά του απέσπασε το Νόμπελ Φυσικής, η τακτική του τον αποξένωσε επίσης τους συνεργάτες του και έπεισε τους ανωτέρους του Shockley ότι δεν ήταν διοικητικού διαμετρήματος. Ως αποτέλεσμα, έγινε όλο και πιο σαφές για τον Shockley ότι το μέλλον του στα εργαστήρια Bell ήταν περιορισμένο.
Στις αρχές της δεκαετίας του 1950, ο Shockley βίωσε μια κρίση στη μέση ζωή, μαζί με ενισχυμένα ψυχικά και συμπεριφορικά προβλήματα. Χώρισε από τη σύζυγό του, η οποία τότε πάλευε με τον καρκίνο, και παντρεύτηκε μια νοσοκόμα, την Έμμυ Λάνινγκ. Αποφάσισε επίσης να εργάζεται μόνος του και ίδρυσε το εργαστήριο ημιαγωγών Shockley στην Καλιφόρνια. Η επιχείρηση ήταν μια αποτυχία, εν μέρει λόγω της τάσης του Shockley να ανταγωνίζεται και να προσβάλλει το προσωπικό του. Αλλά η εκκίνηση ήταν επίσης η προέλευση της βιομηχανίας ημιαγωγών στη Silicon Valley, καθώς η αξιοσημείωτη ομάδα επιστημόνων που είχε προσλάβει ο Shockley συνέχισε να ιδρύει μεγάλες εταιρείες όπως η Fairchild Semiconductor και η Intel Corp. Στα μέσα της δεκαετίας του 1960, ο Shockley, ταπεινωμένος από την επιχειρηματική του αποτυχία. και από τις επιτυχίες του προσωπικού του, εντάχθηκε στη σχολή ηλεκτρολόγων μηχανικών στο Στάνφορντ.
Το πιο ενδιαφέρον μέρος της βιογραφίας του Shockley είναι η συζήτηση του Shurkin για τις ρατσιστικές θεωρίες του για την κληρονομικότητα. Χρησιμοποιώντας τη φήμη του για το βραβείο Νόμπελ και δείχνοντας μεγάλη ικανότητα στη χειραγώγηση του Τύπου, ο Shockley έγινε ο πιο ομιλητικός και ορατός υποστηρικτής της ευγονικής στις ΗΠΑ. Από τα τέλη της δεκαετίας του 1960 έως τη δεκαετία του 1970 υποστήριξε τις ιδέες ότι η νοημοσύνη ήταν κληρονομική και ότι οι μαύροι ως ομάδα ήταν λιγότερο έξυπνοι από τους λευκούς. Υποστήριξε επίσης ότι οι λιγότερο έξυπνοι πρέπει να αποτρέπονται από το να κάνουν παιδιά. Οι απόψεις του, που εκφράστηκαν κατά τη διάρκεια του κινήματος για τα δικαιώματα του πολίτη, οδήγησαν σε σημαντική οργή του κοινού, και δέχτηκε επίσης επίθεση και κατακρίθηκε από το επιστημονικό κατεστημένο. Η φήμη του καταστράφηκε, ο Shockley έγινε όλο και πιο απομονωμένος και απομονωμένος μέχρι το θάνατό του το 1989.
Το Broken Genius έχει πολλά να κάνει. Προσφέρει ενδιαφέρουσες πληροφορίες για την αξιοσημείωτη άνοδο και τον φλογερό θάνατο του Shockley. Ωστόσο, η παραγωγή του βιβλίου έπρεπε να αντιμετωπιστεί με μεγαλύτερη προσοχή. Η βιογραφία είναι γεμάτη με πραγματικά λάθη και ανορθόγραφα ονόματα. Η αφήγηση είναι επίσης ασύνδετη κατά καιρούς και θα είχε ωφεληθεί από πιο προσεκτική επεξεργασία. Εν ολίγοις, το βιβλίο του Shurkin είναι ένα ενδιαφέρον και ευχάριστο ανάγνωσμα, αλλά θα μπορούσε κανείς να ελπίζει σε μια καλύτερη βιογραφία.
Read more +
Το 1884, ο Τόμσον έγινε καθηγητής Φυσικής στον Cavendish. Το 1890, παντρεύτηκε τη Rose Paget και απέκτησε δύο παιδιά μαζί της. Ένας από τους μαθητές του ήταν ο Ernest Rutherford, ο οποίος αργότερα θα τον διαδεχόταν στη θέση του.
Η ανακάλυψη του ηλεκτρονίου από τον Thomson ξεκίνησε το 1895 με μια σειρά πειραμάτων στο εργαστήριο Cavendish. Επηρεασμένος από το έργο του James Clerk Maxwell από την ανακάλυψη της ακτινογραφίας, ο Thomson συμπέρανε ότι οι καθοδικές ακτίνες (που παράγονται από τον σωλήνα Crookes) εμφάνισαν μια ενιαία αναλογία φορτίου-μάζας em και πρέπει να αποτελούνται από έναν μόνο τύπο αρνητικά φορτισμένων σωματιδίων , τα οποία ονόμασε «σωμάτια». Ο G. Johnstone Stoney είχε προτείνει τον όρο ηλεκτρόνιο νωρίτερα ως ένα σταθερό κβαντικό ηλεκτρικό φορτίο στην ηλεκτροχημεία, αλλά ο Thomson συνειδητοποίησε ότι ήταν επίσης ένα υποατομικό σωματίδιο, το πρώτο που ανακαλύφθηκε.
Μετά από περαιτέρω πειράματα σχετικά με τον τρόπο με τον οποίο οι καθοδικές ακτίνες διεισδύουν στα αέρια, ο Thomson υπέθεσε ότι «έχουμε στις καθοδικές ακτίνες, ύλη σε μια νέα κατάσταση, η ουσία αυτή είναι η ουσία από την οποία δημιουργούνται όλα τα χημικά στοιχεία». Ο Τόμσον θα μπορούσε να περιγραφεί ως «ο άνθρωπος που χώρισε για πρώτη φορά το άτομο» και σε μεγάλο βαθμό έκανε τη φυσική των ατόμων μια σύγχρονη επιστήμη. Του απονεμήθηκε το Νόμπελ Φυσικής το 1906 και ανακηρύχθηκε ιππότης το 1908. Οι έρευνές του για τη δράση των ηλεκτροστατικών και μαγνητικών πεδίων στη φύση των αποκαλούμενων «ακτίνων ανόδου» ή «ακτίνων του καναλιού» θα κατέληγαν τελικά στην εφεύρεση του φασματόμετρου μάζας (τότε ονομάζεται φασματογράφος παραβολής) από τον Francis Aston, ένα εργαλείο που επιτρέπει τον προσδιορισμό της αναλογίας μάζας προς φορτίο ιόντων και το οποίο έχει γίνει έκτοτε ένα πανταχού παρόν ερευνητικό εργαλείο στη χημεία.
Ο Τόμσον ήταν ταλαντούχος λέκτορας και δάσκαλος. Η σημασία του στη Φυσική αναγνωρίζεται σχεδόν τόσο για εκείνους που ενέπνευσε όσο και για το δικό του πειραματικό έργο. Επτά βραβεία Νόμπελ απονεμήθηκαν σε όσους εργάστηκαν υπό τον έλεγχο, συμπεριλαμβανομένου του γιου του, Sir George Paget Thomson.
Πριν από το ξέσπασμα του Α 'Παγκοσμίου Πολέμου, ο Τόμσον έκανε μια άλλη πρωτοποριακή ανακάλυψη: το ισότοπο. Πέθανε στις 30 Αυγούστου 1940 και θάφτηκε στο Αββαείο του Γουέστμινστερ, κοντά στον Ισαάκ Νεύτωνα.
Read more +
Ο Τόμσον ήταν φυσικός και μηχανικός που ενσάρκωνε την «κλασική προσέγγιση» στις φυσικές επιστήμες. Το έργο του περιελάμβανε πολλούς τομείς της επιστήμης, συμπεριλαμβανομένης της θερμοδυναμικής, της ηλεκτρικής θεωρίας και πρακτικής, της ναυσιπλοΐας και του σχεδιασμού και κατασκευής οργάνων ακριβείας.
Το πανεπιστήμιο διαθέτει πολλά αντικείμενα που σχετίζονται με την πρώιμη εμπλοκή του Kelvin με τα υπερατλαντικά καλώδια, όπως ένα οπτικό γαλβανόμετρο «scalmp», τη γέφυρα Kelvin (την οποία χρησιμοποίησε για να αποδείξει ότι τα πρώτα καλώδια χαλκού περιείχαν πάρα πολλές ακαθαρσίες για αγωγή) και κομμάτι υποβρυχίου τηλεγραφικού καλωδίου από το 1860-1890 κατασκευασμένο από χάλκινο σύρμα.
Επιπλέον, υπάρχουν αρκετά κομμάτια επιστημονικού εξοπλισμού στη συλλογή που σχετίζονται με τις έρευνες του Κέλβιν για τον ηλεκτρισμό και τον μαγνητισμό. Πολλά από τα όργανά του κατασκευάστηκαν από κορυφαίους κατασκευαστές οργάνων, αλλά αργότερα συνέχισε να δημιουργεί το δικό του εργοστάσιο με τον κατασκευαστή οπτικών, μαθηματικών και φιλοσοφικών οργάνων James White, κατασκευάζοντας όργανα σε πολύ υψηλά πρότυπα. Ο Τόμσον έδωσε το όνομά του στην κλίμακα Κέλβιν που μετρά τη θερμοκρασία στο απόλυτο μηδέν.
Το έργο του Kelvin για τον υπολογισμό της ηλικίας της Γης με βάση το ρυθμό ψύξης της Γης τον οδήγησε να προτείνει ότι η Γη ήταν 400 εκατομμυρίων ετών. Ωστόσο, δεν έλαβε υπόψη τις επιδράσεις της ραδιενεργού θέρμανσης από τη γη, καθώς αυτό δεν είχε ακόμη ανακαλυφθεί. Οι εκτιμήσεις του Κέλβιν για την ηλικία της γης δεν ήταν αρκετά μεγάλες για να είναι συμβατές με τη θεωρία της εξέλιξης του Δαρβίνου. Αυτό τον έφερε σε αντίθεση με τους συγχρόνους του στο Αμπερντίν όπως ο Sir John Struthers και ο Henry Alleyne Nicholson.
Το Special Collections Center περιέχει ένα τμήμα επιστολών που έγραψε ο Kelvin, όπου αναφέρεται ο χρόνος που αφιερώνει με ακαδημαϊκούς συνεργάτες όπως ο μαθηματικός DF Gregory, καθώς και σχόλια για την πανεπιστημιακή ζωή στα οποία εκφράζει τις απόψεις του σχετικά με τη χρηματοδότηση, τη στελέχωση και την παροχή εξοπλισμού.
Read more +
Ο Wilhelm Weber εισήλθε στο Πανεπιστήμιο του Halle το 1822 όπου διδάχθηκε και επηρεάστηκε έντονα από τον φυσικό Johann SC Schweigger και τον μαθηματικό Johann Friedrich Pfaff. Έγραψε τη διδακτορική του διατριβή υπό την επίβλεψη του Schweigger σχετικά με τη θεωρία των σωλήνων των οργάνων και την υπέβαλε στο Halle το 1826. Στη συνέχεια δίδαξε στο Halle από το 1827 αφού ολοκλήρωσε τη διατριβή του για τους σωλήνες οργάνων ως συζευγμένους ταλαντωτές με ακουστική σύζευξη γλώσσας και αέρα κοιλότητα. Δημοσίευσε μια σειρά άρθρων σχετικά με αυτό το θέμα μεταξύ 1828 και 1830 στο Annalen der Physik und Chemie:
Ένα από τα θέματα που αντιμετωπίστηκε ήταν η χρήση αυτής της σύζευξης για τη διατήρηση της σταθερότητας του βήματος ενός σωλήνα υπό διαφορετικές εντάσεις φυσήματος και τη δυνατότητα ότι αυτό μπορεί να προσφέρει ένα βελτιωμένο πρότυπο βήματος.
Η προαγωγή του ήταν ραγδαία γιατί μετά το διορισμό του ως Privatdozent το 1827 έγινε Έκτακτος Καθηγητής φυσικής φιλοσοφίας στο Halle το επόμενο έτος. Στην πραγματικότητα, το 1828 ήταν ένα πολύ σημαντικό έτος για τον Weber, καθώς τον Σεπτέμβριο του ίδιου έτους μαζί με τον αδελφό του Ernst ταξίδεψαν στο Βερολίνο για να παρακολουθήσουν την 7η συνάντηση του Gesellschaft Deutscher Naturforscher und Arzte. Η συνάντηση οργανώθηκε από τον Alexander von Humboldt, ο οποίος εντυπωσιάστηκε πολύ από την ομιλία που έκανε ο Weber για τους σωλήνες των οργάνων. Εξίσου σημαντικό ήταν το γεγονός ότι ο Carl Friedrich Gauss παρακολούθησε επίσης τη διάλεξη του Weber και είδε αμέσως τις τεράστιες δυνατότητες που επέδειξε ο νεαρός φυσικός. Εκείνη την εποχή ο Γκάους ενδιαφερόταν για τον γεωμαγνητισμό και συνειδητοποίησε ότι ο Βέμπερ θα έκανε έναν εξαιρετικό συνεργάτη. Μίλησε στον Βέμπερ και ρώτησε αν θα ενδιαφερόταν να αναλάβει θέση στο Γκέτινγκεν εάν κάποιος ήταν διαθέσιμος. Πράγματι, μετά τον θάνατο του Tobias Mayer Jr, προσφέρθηκε στον Weber μια θέση καθηγητή Φυσικής στο Göttingen τον Απρίλιο του 1831, την οποία δέχθηκε αμέσως. Ακολούθησαν έξι χρόνια στενής φιλίας και συνεργασίας μεταξύ του Βέμπερ και του Γκάους. Σύντομα απέκτησε εξαιρετική φήμη ως λέκτορας, απεικονίζοντας τις διαλέξεις του με πειράματα. Ένιωσε, ωστόσο, ότι οι μαθητές μπορούσαν να μάθουν μόνο κάνοντας πειράματα, όχι απλώς παρακολουθώντας τα να εκτελούνται, και άνοιξε το φυσικό εργαστήριο στο Γκέτινγκεν για φοιτητική χρήση.
Το 1832 ο Weber και ο Gauss δημοσίευσαν ένα κοινό άρθρο το οποίο εισήγαγε για πρώτη φορά απόλυτες μονάδες μέτρησης του μαγνητισμού. Πριν από αυτή τη σημαντική πρόοδο, οι μετρήσεις έγιναν με ένα προ-βαθμονομημένο μαγνητικό όργανο και δεν ήταν σωστά αναπαραγώγιμες. Αυτό αντιπροσώπευε ένα σημαντικό βήμα προς τα εμπρός στην ανάπτυξη του μαγνητισμού. Ο Weber συνέβαλε σημαντικά σε αυτό το έργο, ιδιαίτερα με την ανάπτυξη ευαίσθητων μαγνητόμετρων και άλλων μαγνητικών οργάνων. Εξίσου σημαντικό ήταν το μεταγενέστερο έργο του Weber που επεκτείνει αυτές τις ιδέες για μαγνητικές μετρήσεις σε ηλεκτρικές μετρήσεις, τις οποίες αναφέρουμε ξανά παρακάτω. Αυτή η εργασία οδήγησε στην εισαγωγή του Maxwell σε ορισμένες πτυχές της θεωρίας του Weber για την απομακρυσμένη δράση στη θεωρία πεδίου του ηλεκτρισμού και μαγνητισμού. Μια άλλη κοινή δράση των Weber και Gauss με θεμελιώδη σημασία ήταν η ίδρυσή τους στο Göttingen Magnetische Verein το 1833. Στο τηλεγράφημα Gauss-Weber συζητείται το σχέδιο τηλεγραφήματος. Αυτός ο τηλέγραφος ήταν μια γραμμή μπαταρίας μήκους 3000 μέτρων που συνέδεε το Φυσικό Εργαστήριο και το Αστρονομικό Αστεροσκοπείο στο Γκέτινγκεν, επιτρέποντας ταυτόχρονες μαγνητικές παρατηρήσεις στις δύο θέσεις. Ο Γκάους και ο Βέμπερ δημοσίευσαν από κοινού το Atlas Des Erdmagnetismus: Nach Den Elementen Der Theorie Entworfen το 1840 που περιέχει μαγνητικούς χάρτες που κατασκευάστηκαν χρησιμοποιώντας ένα δίκτυο μαγνητικών παρατηρητηρίων που είχαν οργανώσει από το 1836 και μετά για να συσχετίσουν τις μετρήσεις του χερσαίου μαγνητισμού σε όλο τον κόσμο. Αυτός ο τηλεγράφος ήταν μια γραμμή με μπαταρία μήκους 3000 μέτρων που συνέδεε το Φυσικό Εργαστήριο και το Αστρονομικό Αστεροσκοπείο στο Γκέτινγκεν, επιτρέποντας ταυτόχρονες μαγνητικές παρατηρήσεις στις δύο θέσεις. Ο Γκάους και ο Βέμπερ δημοσίευσαν από κοινού το Atlas Des Erdmagnetismus: Nach Den Elementen Der Theorie Entworfen το 1840 που περιέχει μαγνητικούς χάρτες που κατασκευάστηκαν χρησιμοποιώντας ένα δίκτυο μαγνητικών παρατηρητηρίων που είχαν οργανώσει από το 1836 και μετά για να συσχετίσουν τις μετρήσεις του χερσαίου μαγνητισμού σε όλο τον κόσμο.
Όλο το έργο του Βέμπερ κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου δεν ήταν με τον Γκάους, γιατί συνεργάστηκε επίσης με τον μικρότερο αδελφό του Έντουαρντ, έναν ανατόμο και φυσιολόγο, ο οποίος ενδιαφερόταν για τη φυσική της ανθρώπινης κίνησης, ιδιαίτερα τον μηχανισμό του περπατήματος. Δημοσίευσαν το κοινό έργο Mechanik der menschlichen Gehwerkzenge το 1836. Ο Weber δημοσίευσε επίσης αρκετά σημαντικές εργασίες για την ακουστική κατά τη διάρκεια αυτών των ετών.
Τα πολιτικά γεγονότα είχαν ήδη σημαντικό αντίκτυπο στη ζωή του Weber όταν ως παιδί η οικογένειά του έπρεπε να εγκαταλείψει το Wittenberg. Μετά από έξι εξαιρετικά παραγωγικά χρόνια στο Γκέτινγκεν, τα γεγονότα συνωμότησαν ξανά για να αλλάξουν την κατεύθυνση της ζωής του. Για να κατανοήσουμε αυτά τα γεγονότα πρέπει να δούμε εν συντομία την ιστορία του Ανόβερου που είχε βρεθεί υπό βρετανική επιρροή μετά την πτώση του Ναπολέοντα το 1814. Ο Γεώργιος Δ 'επέβαλε ένα σύνταγμα στο Ανόβερο το 1819 που σήμαινε ότι κυριαρχούνταν από τους ευγενείς του. Μια εξέγερση το 1830, λίγο πριν ο Βέμπερ μετακομίσει στο Γκέτινγκεν, οδήγησε τον Γουλιέλμο Δ να εισαγάγει ένα πολύ πιο φιλελεύθερο και αποδεκτό σύνταγμα το 1833. Ωστόσο, ο Γουλιέλμος Δ πέθανε τον Ιούνιο του 1837 και το Ανόβερο χώρισε από τη Βρετανία με τη Βικτώρια να γίνεται βασίλισσα της Βρετανίας ενώ ο θείος της Ερνέστ Αουγκούστους έγινε βασιλιάς του Ανόβερου. Ως Βασιλιάς κατάργησε το σύνταγμα του 1833, που θεωρούσε υπερβολικά φιλελεύθερο. Δύο εβδομάδες μετά από αυτή την πράξη του Βασιλιά, επτά καθηγητές από το Γκέτινγκεν έστειλαν μια επιστολή διαμαρτυρίας στον Βασιλιά εξηγώντας ότι ο όρκος που είχαν δώσει ως καθηγητές τους συνέβαλε στο σύνταγμα του 1833. Ο Βέμπερ ήταν ένας από τους "Göttingen Seven" που υπέγραψαν τη διαμαρτυρία και μεταξύ των άλλων ήταν τα αδέλφια Τζέικομπ και Βίλχελμ Γκριμ, οι συγγραφείς των «Παραμυθιών του Γκριμ». Όπως εξηγείται στην Εγκυκλοπαίδεια Britannica:-
Μέσα από τη συμμετοχή τους σε αυτήν τη διαμαρτυρία που στρέφεται κατά της δεσποτικής εξουσίας, ["Göttingen Seven"] κατέδειξαν ξεκάθαρα την αίσθηση των ακαδημαϊκών πολιτικών ευθυνών, εκδηλώνοντας ταυτόχρονα τις δικές τους φιλελεύθερες πεποιθήσεις.
Και οι επτά καθηγητές απολύθηκαν ενώ τρεις από αυτούς διατάχθηκαν να εγκαταλείψουν το βασίλειο του Ανόβερου. Ο Βέμπερ, αν και απολύθηκε, δεν αναγκάστηκε να εγκαταλείψει το Γκέτινγκεν και συνέχισε να εργάζεται στο Göttingen Magnetische Verein χωρίς καμιά πανεπιστημιακή θέση. Ο Γκάους και ο φον Χούμπολντ απηύθυναν έκκληση στον Βασιλιά να επαναφέρει τον Βέμπερ και ο Βασιλιάς συμφώνησε να το κάνει με την προϋπόθεση ότι ο Βέμπερ θα δημοσιοποιήσει τις απόψεις που διατυπώθηκαν στην επιστολή διαμαρτυρίας. Ο Βέμπερ, ωστόσο, ήταν ένας άνθρωπος με ισχυρές αρχές και σίγουρα δεν ήταν διατεθειμένος να κάνει μια δημόσια δήλωση που ήταν εντελώς αντίθετη με τις απόψεις του, οπότε αρνήθηκε να κάνει την απαιτούμενη δημόσια ανάκληση. Παρέμεινε στο Γκέτινγκεν χωρίς θέση μέχρι το 1843, αλλά πήρε την ευκαιρία να ταξιδέψει μεταξύ Μαρτίου και Αυγούστου 1838. Επισκέφτηκε για πρώτη φορά το Βερολίνο πριν ταξιδέψει στο Λονδίνο, όπου απόλαυσε χρήσιμες συνομιλίες πολλών Άγγλων επιστημόνων συμπεριλαμβανομένου του Τζον Χέρσελ και τέλος στο Παρίσι όπου συνάντησε τους περισσότερους από τους κορυφαίους Γάλλους επιστήμονες. Το 1843 έγινε καθηγητής φυσικής στη Λειψία ενώθηκε με τα αδέλφια του Ernst και Eduard που ήταν και οι δύο καθηγητές στο Πανεπιστήμιο. Διορίστηκε για να γεμίσει την καρέκλα του GT Fechner στη Λειψία αφού ο Fechner έπρεπε να συνταξιοδοτηθεί λόγω τύφλωσης. Στη Λειψία, ο Βέμπερ συνέχισε τις εργασίες για το νόμο της ηλεκτρικής δύναμης του Αμπέρ, τον οποίο είχε αναλάβει στο Γκέτινγκεν από το 1832 και μετά. Δημοσίευσε το Elektrodynamische Massenbestimmungen το 1846: Το 1843 έγινε καθηγητής φυσικής στη Λειψία ενώθηκε με τα αδέλφια του Ernst και Eduard που ήταν και οι δύο καθηγητές στο Πανεπιστήμιο. Διορίστηκε παίρνοντας τη θέση του GT Fechner στη Λειψία αφού ο Fechner έπρεπε να συνταξιοδοτηθεί λόγω τύφλωσης. Στη Λειψία, ο Βέμπερ συνέχισε τις εργασίες για το νόμο της ηλεκτρικής δύναμης του Αμπέρ, τον οποίο είχε αναλάβει στο Γκέτινγκεν από το 1832 και στη συνέχεια, δημοσίευσε το Elektrodynamische Massenbestimmungen το 1846:-
Οι μεγαλύτερες θεωρητικές συνεισφορές του Weber εμφανίστηκαν στο «Elektrodynamische Massenbestimmungen», επτά μεγάλα έργα που δημοσιεύθηκαν από το 1846 έως το 1878, εκτός από ένα χειρόγραφο που δημοσιεύτηκε μετά θάνατον. Στην πρώτη από αυτές, ο Weber εισήγαγε το δυναμόμετρό του για να δοκιμάσει τον νόμο ισχύος του Ampère μεταξύ στοιχείων ηλεκτρικού ρεύματος, σε βαθμό ακριβείας που υπερβαίνει αυτό του Ampère, και επίσης διερεύνησε την ηλεκτρομαγνητική επαγωγή.
Ο Γκάους πέθανε το 1855, και λίγο πριν από αυτό ο Weber ξεκίνησε μια συνεργασία με τον Rudolph Hermann Arndt Kohlrausch που ήταν τότε στο Marburg. Η εργασία τους για την αναλογία μεταξύ των ηλεκτροδυναμικών και ηλεκτροστατικών μονάδων φορτίου, που δημοσιεύθηκε το 1856, αποδείχθηκε εξαιρετικά σημαντική και ήταν καθοριστική για τον Μάξγουελ στην ηλεκτρομαγνητική θεωρία του φωτός. Ο Weber διαπίστωσε ότι η αναλογία ήταν 3.1074 × 108 m/sec αλλά απέτυχε να λάβει κάποια ιδιαίτερη προσοχή στο γεγονός ότι αυτό ήταν κοντά στην ταχύτητα του φωτός. Στην πραγματικότητα, η πρώτη χρήση του "c" για την ταχύτητα του φωτός εμφανίζεται σε αυτό το άρθρο. Ο Bernhard Riemann, ο οποίος πέρασε δεκαοκτώ μήνες ως βοηθός του Weber, ήταν παρών όταν πραγματοποιήθηκαν τα πειράματα και έκανε τη σύνδεση μεταξύ φωτός και ηλεκτροδυναμικών και ηλεκτρομαγνητικών φαινομένων.
Τα μεταγενέστερα χρόνια του Γουέτινγκεν ήταν αφιερωμένα στην εργασία στην ηλεκτροδυναμική και την ηλεκτρική δομή της ύλης.
Για τα εξαιρετικά του επιτεύγματα ο Βέμπερ έλαβε πολλές διακρίσεις. Εκλέχτηκε στη Βασιλική Εταιρεία του Λονδίνου το 1850 και του απονεμήθηκε το μετάλλιο Copley το 1859. Εξελέγη επίτιμος συνεργάτης της Βασιλικής Εταιρείας του Εδιμβούργου στις 2 Μαρτίου 1874. Εκλέχτηκε επίσης, στην Αμερικανική Ακαδημία Τεχνών και Επιστημών. Το 1879 τιμήθηκε με το Μετάλλιο Matteucci από την Ιταλική Εταιρεία Επιστημών. Το 1935 η μονάδα μαγνητικής ροής ονομάστηκε weber προς τιμήν του. Στην πραγματικότητα αυτό δεν είναι τόσο απλό όσο θα φαινόταν στην αρχή. Η μονάδα ηλεκτρικού ρεύματος είναι γνωστή ως αμπέρ, ο όρος έγινε αποδεκτός αφού προτάθηκε από τον Helmholtz το 1881. Στην πραγματικότητα εκείνη την εποχή ο όρος weber χρησιμοποιήθηκε ευρέως για τη μονάδα ηλεκτρικού ρεύματος, αλλά ο Helmholtz είχε πολλές διαφωνίες με τον Weber, έτσι δεν ήθελε να έχει μια τόσο σημαντική μονάδα το όνομα από κάποιον με τον οποίο διαφωνούσε συχνά. Συγκεκριμένα, ο Helmholtz και ο Weber είχαν διαφορετικές ιδέες για τη φύση της μάζας των ηλεκτρικών σωμάτων. Στην πραγματικότητα ο Woodruff, σε μια ανασκόπηση, γράφει:-
Είναι η έννοια της ηλεκτρικής ατομικότητας, όπως αναπτύχθηκε από τον Weber και αναπτύχθηκε από τους οπαδούς του, η οποία αντιπροσωπεύει την κύρια εννοιολογική συμβολή του στην ανάπτυξη της Φυσικής.
Γράφοντας, ο Woodruff εκφράζει αυτές τις απόψεις με τον εξής τρόπο:-
Αν και ήταν ίσως ευρύτερα γνωστός κατά τη διάρκεια της ζωής του για τον νόμο της δύναμής του, ο οποίος απορρίφθηκε με τον θρίαμβο της θεωρίας πεδίου του Maxwell. Ο Weber άφησε τη σφραγίδα του στη φυσική θεωρία με την ατομιστική αντίληψή του για το ηλεκτρικό φορτίο και το όραμά του για το ρόλο αυτών των φορτίων στον προσδιορισμό των ηλεκτρικών, μαγνητικών και θερμικών ιδιοτήτων της ύλης.