Robert Andrews Millikan
ROBERT ANDREWS MILLIKAN ist einer der vielseitigsten und bedeutendsten US-amerikanischen Physiker. Er lebte in einer Zeit, die einerseits gekennzeichnet war durch die Vollendung der klassischen Physik und andererseits durch den Beginn der Entwicklung der modernen Physik (Quantentheorie, Relativitätstheorie, Atomphysik). Zu seinen Zeitgenossen gehörten solche bedeutenden Physiker wie ALBERT EINSTEIN (1879-1955), MAX PLANCK (1858-1947), ERNEST RUTHERFORD (1871-1937), NIELS BOHR (1885-1962) oder MARIE CURIE (1867-1934).
Leben und Wirken
ROBERT ANDREWS MILLIKAN kam als zweiter von sechs Kindern einer puritanischen Predigerfamilie in Morrison / Illinois im mittleren Westen der USA am 22. März 1868 zur Welt. Seine Vorfahren waren vor 1750 aus England eingewandert und hatten sich im mittleren Westen der USA niedergelassen. In dieser ländlichen Gegend wurde MILLIKAN streng erzogen und musste von klein auf in der elterlichen Landwirtschaft mithelfen.
Nach dem Besuch einer High School in Iowa, die er mit sehr guten Ergebnissen beendete, arbeitete Millikan zunächst einige Zeit als Journalist und bildete sich anschließend am Oberlin College in Ohio weiter. Hier beschäftigte er sich entsprechend seinen Interessen vorwiegend mit Griechisch und Mathematik.
Die erste enge Berührung mit der Physik erfolgte anschließend: MILLIKAN erhielt nach dem Besuch des College eine Lehrerstelle und musste u. a. elementare Physik unterrichten. Dadurch wuchs sein Interesse an diesem Fach offensichtlich so, dass er begann, sich intensiv mit Physik zu beschäftigen. Ab 1893 war er in Chicago an der Columbia University tätig und 1895 promovierte er. In seiner Doktorarbeit beschäftigte er sich mit polarisiertem Licht, das von den Oberflächen glühender Körper ausgeht.
1895/96 hielt sich MILLIKAN etwa ein Jahr lang an den Universitäten in Berlin und Göttingen auf. Hier hatte er engen Kontakt mit solchen bedeutenden deutschen Physikern wie WALTHER FRIEDRICH, HERMANN NERNST und PAUL KARL LUDWIG DRUDE.
1896 folgte er einem Ruf von ALBERT ABRAHAM MICHELSON (1852-1931) und wurde dessen Assistent an der Columbia University in Chicago. Nach seiner Habilitation 1897 wurde er u. a. wegen seiner Erfolge als Lehrbuchautor und seiner Beiträge zur Entwicklung pädagogischer Konzepte 1910 zum Professor für Physik berufen und blieb bis 1921 an der Universität von Chicago tätig.
1921 wechselte MILLIKAN an das California Institute of Technology in Pasadena, dessen Präsident er von 1921 bis 1945 war. Gleichzeitig leitete MILLIKAN das „Norman Bridge Laboratory of Physics“ an diesem Institut. Unter seiner Leitung erlebte das Institut eine Blütezeit und entwickelte sich zu dem weltberühmten „CalTech“.
1946 ging MILLIKAN in den Ruhestand und gab fast alle seine Ämter ab. Seine letzten sieben Lebensjahre soll er vor allem mit Tennisspiel und Golf verbracht haben. ROBERT ANDREWS MILLIKAN starb am 19. Dezember 1953 in Pasadena (Kalifornien).
Wissenschaftliche Leistungen
Seine wichtigsten wissenschaftlichen Leistungen erzielte ROBERT ANDREWS MILLIKAN im experimentellen Bereich. Als Experimentator zeichnete er sich durch großen Einfallsreichtum und Geschicklichkeit aus. Der Experimentalphysik wandte sich MILLIKAN ab 1906 zu.
Seine vielleicht wichtigsten experimentellen Arbeiten erfolgten zwischen 1907 und 1915.
Nach einer ersten Bestimmung der Elementarladung im Jahre 1907 entwickelte er immer feinere Methoden. Zu seiner Motivation schrieb er in einem 1910 in der Zeitschrift „Philosophical Magazine“ erschienenen Aufsatz:
„Unter allen physikalischen Konstanten gibt es zwei, deren überragende Bedeutung allgemein anerkannt sein dürfte: die eine ist die Lichtgeschwindigkeit, ... und die andere ist die elementare elektrische Ladung.“
Während aber die Geschwindigkeit des Lichts mit einer Genauigleit von einem Zwanzigtausendstel bekannt sei, so MILLIKAN weiter, müsse der Wert der elektrischen Elementarladung noch immer als recht ungewiss gelten.
Ab 1910 gelangen mit der Tröpfchenmethode immer bessere Präzisionsmessungen der elektrischen Elementarladung, einer fundamentalen Naturkonstanten. Heute ist diese Methode als „Millikan-Versuch“ in jedem Physiklehrbuch beschrieben. Interessant ist dabei, wie der Forscher mit seinen zahlreichen Messergebnissen umgegangen ist.
So gab er 1913 öffentlich zu Protokoll: „Diese (58) Tropfen stellen die Gesamtheit der in 60 aufeinanderfolgenden Tagen untersuchten Tropfen dar, wobei kein einziger weggelassen wurde“.
Der amerikanische Wissenschaftshistoriker GERALD HOLTON stieß allerdings bei der Analyse von zwei Labortagebüchern von MILLIKAN aus den Jahren 1911und 1912 auf einen anderen Sachverhalt: die Anzahl der untersuchten Öltröpfchen lag bei 140, bei der Berechnung der Konstanten wurden allerdings von MILLIKAN nur die Daten von 58 Tröpfchen berücksichtigt. Eine Reihe von Messergebnisssen hatte er mit Bemerkungen wie „Genau richtig!“ oder „Wunderschön. Sicher veröffentlichen!“ versehen. Zu anderen Werten gab es Bemerkungen wie „Irrtumsfaktor hoch, werde ich nicht benutzen“ oder „Etwas stimmt nicht!“. Entgegen allen Regeln der Naturwissenschaften verlor MILLIKAN nie ein Wort über diese unliebsamen Werte, die er in seinen wissenschaftlichen Veröffentlichungen einfach unter den Tisch fallen ließ. Es spricht für seine Intuition, dass er die Werte auswählte, die tatsächlich zu einer Bestimmung der Elementarladung mit hoher Genauigkeit führten.
1915 beschäftigte sich MILLIKAN mit dem Fotoeffekt und wies experimentell die Gültigkeit der einsteinschen Gleichung für diesen Effekt nach. Außerdem gelang ihm eine exaktere Bestimmung des planckschen Wirkungsquantums.
Anfang der zwanziger Jahre beschäftigte sich MILLIKAN mit dem Bereich der elektromagnetischen Strahlung, der zwischen der ultravioletten Strahlung und der Röntgenstrahlung liegt. In diesem Bereich identifizierte er über 1000 Spektrallinien.
1926 zeigte er, dass die von dem österreichischen Physiker VICTOR HESS (1883-1964) entdeckte radioaktive Strahlung kosmischen Ursprungs ist und führte die Bezeichnungen „kosmische Strahlung“ und auch „millikansche Strahlung“ in die Physik ein. Einige Jahre vorher hatte MILLIKAN allerdings selbst keine Hinweise auf eine solche Strahlung finden können und vernichtende Kritik an der Veröffentlichungen von VICTOR HESS geübt. Später erkannte er die Priorität von HESS an der Entdeckung dieser Strahlung an, der Name „millikansche Strahlung“ verschwand wieder.
MILLIKAN regte einen seinen Studenten, CARL DAVID ANDERSON (1905-1991), dazu an, gemeinsam mit ihm die Eigenschaften der kosmischen Strahlung zu erforschen. Die Untersuchungen erfolgten mithilfe einer Nebelkammer. Beim Auswerten von fotografischen Nebelkammeraufnahmen wies ANDERSON 1932 positiv geladene Teilchen (Positronen) nach, deren Existenz bereits um 1930 von PAUL DIRAC vorhergesagt wurden. Für diese Entdeckung erhielt ANDERSON gemeinsam mit dem Entdecker der kosmischen Strahlung VICTOR HESS den Nobelpreis für Physik für das Jahr 1936.
Neben seinen experimentellen Arbeiten verfasste MILLIKAN eine Reihe von technischen Studien und mehrere Bücher über das Verhältnis zwischen Wissenschaft und Religion. Seine Arbeiten wurden mit zahlreichen Medaillen und Ehrendoktoraten anerkannt. 1923 erhielt er für die Bestimmung der elektrischen Elementarladung und die Arbeiten über den Fotoeffekt als zweiter Amerikaner (nach MICHELSON) den Nobelpreis für Physik.
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