Παρασκευή, 22 Φεβρουαρίου 2019

Σαν σήμερα ... 1857, γεννήθηκε ο Heinrich Hertz.


Heinrich Rudolf Hertz

Σαν σήμερα, στις 22 Φεβρουαρίου 1857, γεννήθηκε στο Αμβούργο της Γερμανίας ο  Heinrich Rudolf Hertz (Χάινριχ Ρούντολφ Χερτζ), ο φυσικός που πρώτος πέτυχε την εκπομπή, μετάδοση και λήψη ραδιοκυμάτων. 
Ο πατέρας του, Gustav Ferdinand Hertz, ήταν δικηγόρος και αργότερα γερουσιαστής στην αυτόνομη πόλη του Αμβούργου. Ήταν εβραϊκής καταγωγής, αλλά είχε ασπαστεί τον Λουθηρανισμό. Η μητέρα του Anna Elisabeth Pfefferkorn είχε πατέρα γιατρό και προερχόταν από οικογένεια Λουθηρανών ιερωμένων. Ο Heinrich ήταν ο μεγαλύτερος από τα παιδιά της οικογένειας έχοντας τρεις αδελφούς, τον Gustav Theodor, τον (επίσης) Rudolf, τον Otto και μία αδελφή, την Melanie.  

Ο Heinrich το 1865. 

Στην ηλικία των 6 ετών ξεκίνησε την εκπαίδευσή του στο ιδιωτικό σχολείο του Dr. Wichard Lange, ενός γνωστού παιδαγωγού της εποχής στο Αμβούργο. Ο νεαρός  Heinrich είχε πολύ καλή επίδοση σ' αυτό το σχολείο με το πολύ ανταγωνιστικό μαθησιακό περιβάλλον, αλλά στην ηλικία των 15 ετών η οικογένειά του αποφάσισε να συνεχίσει μαθήματα στο σπίτι για να διδαχτεί ελληνικά και λατινικά, γλώσσες απαραίτητες για την συνέχιση των σπουδών στο πανεπιστήμιο. Ήδη, από την ηλικία των 11 ετών, η μητέρα του Heinrich είχε προσλάβει καθηγητή σχεδίου για τον γιο της, διακρίνοντας ιδιαίτερες ικανότητες σ' αυτόν. 
Στο σχολείο παρουσίασε εξαιρετικές επιδόσεις στις επιστήμες και στις ξένες γλώσσες, μαθαίνοντας αραβικά και σανσκριτικά. Μάλιστα, ο καθηγητής Redslob που του δίδασκε αραβικά, είχε πει στον πατέρα του Heinrich ότι δεν είχε συναντήσει πάλι παιδί με τέτοιο φυσικό ταλέντο στην εκμάθηση ξένων γλωσσών. Παράλληλα, τα βράδια του άρεσε να φτιάχνει μόνος του συσκευές με τις οποίες έκανε πειράματα φυσικής και χημείας.
Στην ηλικία των 17 ετών φοίτησε για ένα χρόνο στο σχολείο Gelehrtenschule des Johanneums του Αμβούργου, για να μπορέσει να προετοιμαστεί για τις εξετάσεις στο πανεπιστήμιο.


Ο Heinrich (όρθιος) σε ηλικία 12 ετών 
με την υπόλοιπη οικογένειά του.

Ξεκίνησε με σπουδές αρχιτεκτονικής στην Φρανκφούρτη, όπου το πρωί δούλευε σε αρχιτεκτονικό γραφείο και το βράδυ διάβαζε φυσική από γερμανικά και ελληνικά (στο πρωτότυπο) βιβλία. Γρήγορα βαρέθηκε την αρχιτεκτονική και το 1876, σε ηλικία 19 ετών, ξεκίνησε να σπουδάζει μηχανικός στο Πανεπιστήμιο της Δρέσδης.
Σε λίγους μήνες άφησε την αρχιτεκτονική και πήγε να υπηρετήσει στο στρατό για ένα χρόνο υποχρεωτική θητεία.

Τελειώνοντας με τον στρατό, τον Οκτώβριο του 1877, σε ηλικία 20 ετών, γράφτηκε στο Πολυτεχνείο του Μονάχου για να συνεχίσει σπουδές μηχανικού. Όμως, δεν άντεξε περισσότερο από ένα μήνα. Αποφάσισε ότι η μεγάλη του αγάπη ήταν η ΦΥΣΙΚΗ κι έτσι παρακολούθησε στο Πανεπιστήμιο του Μονάχου εφαρμοσμένα μαθηματικά, μηχανική, πειραματική φυσική και πειραματική χημεία.
Μετά από ένα χρόνο σπουδών στο Μόναχο, αποφάσισε να συνεχίσει στο Πανεπιστήμιο του Βερολίνου, επειδή εκεί υπήρχαν καλύτερα εργαστήρια από αυτά του Μονάχου. 

Χρωματισμένη φωτογραφία του Hertz σε ηλικία 21 ετών.

Σε ηλικία 21 ετών ο Hertz ξεκίνησε να δουλεύει στο εργαστήριο του εξαιρετικού φυσικού  Hermann von Helmholtz. Ο Helmholtz διακρίνοντας το ταλέντο του Hertz του ανάθεσε την μελέτη ενός προβλήματος για την λύση του οποίου το Πανεπιστήμιο του Βερολίνου προσέφερε και βραβείο. Το ερώτημα του προβλήματος συνοπτικά έλεγε: Does electricity move with inertia? (Κατά την κίνηση του ηλεκτρισμού παρουσιάζεται αδράνεια;) ή κατά τον ίδιο τον Hertz: Does electric current have kinetic energy? (Το ηλεκτρικό ρεύμα έχει κινητική ενέργεια;).
Τον Αύγουστο του 1879 ο Hertz κέρδισε το βραβείο δίνοντας απάντηση στο πρόβλημα. Παρουσίασε μια σειρά ευαίσθητων πειραμάτων με τα οποία αποδείκνυε ότι αν το ηλεκτρικό ρεύμα έχει κάποια μάζα, αυτή θα πρέπει να είναι απίστευτα μικρή. Να πάρουμε υπόψη μας το γεγονός ότι ο J. J. Thomson ανακάλυψε το ηλεκτρόνιο 18 χρόνια αργότερα, το 1897. Η εργασία που του έδωσε το βραβείο δημοσιεύτηκε στην επιθεώρηση Annalen der Physik.

Ο Heinrich Hertz στη διάρκεια
της στρατιωτικής του θητείας.

Τον Φεβρουάριο του 1880 πήρε το διδακτορικό του στη φυσική από το Πανεπιστήμιο Βερολίνου έχοντας ως θέμα της διατριβής του την ηλεκτρομαγνητική επαγωγή. Αμέσως ο  Helmholtz τον έκανε βοηθό καθηγητή και τον κράτησε κοντά του στο εργαστήριο. Στη διάρκεια των τριών χρόνων που έμεινε εκεί δημοσίευσε 15 εργασίες σε επιστημονικά περιοδικά.
Το 1883 με την βοήθεια του Helmholtz πήρε θέση λέκτορα θεωρητικής φυσικής στο  Πανεπιστήμιο του Κιέλου κι εκεί ασχολήθηκε θεωρητικά με τις εξισώσεις του Maxwell. 
Tο 1885, θέλοντας πολύ να επιστρέψει στην αγαπημένη του πειραματική απασχόληση, αποδέχτηκε θέση καθηγητή στο Πανεπιστήμιο της Καρλσρούης, επειδή είχε πολύ καλά εργαστήρια. Εκεί, ψάχνοντας να ανακαλύψει το επόμενο πειραματικό του αντικείμενο, θυμήθηκε μια παλαιότερη πρόταση που του είχε κάνει ο Helmholtz, να αποδείξει πειραματικά την θεωρία του Maxwell. Έτσι, ξεκίνησε την πειραματική του προσπάθεια και τελικά η ιδέα ήρθε με την μορφή ενός σπινθήρα.

Ο Hertz στο εργαστήριό του στην Καρλσρούη
(ίσως λίγους μήνες πριν πάει
στο Πανεπιστήμιο της Βόννης).

Τον Οκτώβριο 1886 κι ενώ παρουσίαζε στους φοιτητές του παραγωγή ηλεκτρικών σπινθήρων, άρχισε να σκέφτεται την επίδραση των σπινθήρων σε ηλεκτρικά κυκλώματα. 
Ξεκίνησε μια σειρά πειραμάτων, δημιουργώντας σπινθήρες με διαφορετικούς τρόπους.  Ανακάλυψε κάτι καταπληκτικό. Οι σπινθήρες παρήγαγαν μια επαναλαμβανόμενη ηλεκτρική δόνηση ανάμεσα στα ηλεκτρικά καλώδια. Η δόνηση κινείτο μπροστά και πίσω συχνότερα από μία φορά κάθε δευτερόλεπτο και ήταν κάτι που δεν είχε ξαναπαρατηρήσει ο Hertz.
Ήξερε ότι οι δονήσεις προκαλούνταν από τα ταχέως επιταχυνόμενα και επιβραδυνόμενα ηλεκτρικά φορτία. Αν η θεωρία του Maxwell ήταν σωστή, αυτά τα φορτία θα ακτινοβολούσαν ηλεκτρομαγνητικά κύματα που θα περνούσαν μέσα από τον αέρα ακριβώς όπως κάνει το φως.
Τον Νοέμβριο του 1886 ο Hertz κατασκεύασε μια συσκευή όπως αυτή που φαίνεται στην παρακάτω εικόνα.


Ο Ταλαντωτής. Στα άκρα υπάρχουν δύο κοίλες σφαίρες από
ψευδάργυρο με διάμετρο 30 εκ. Η κάθε σφαίρα συνδέεται με
 χάλκινο σύρμα που φτάνει περίπου μέχρι το μέσο της μεταξύ
 των απόστασης. Ανάμεσα στα δύο σύρματα υπάρχει κενό,
όπου εκεί ανάμεσα δημιουργείται σπινθήρας.

Εφάρμοσε υψηλή τάση εναλλασσόμενου ρεύματος στο κενό, ανάμεσα στα δύο χάλκινα σύρματα και δημιούργησε σπινθήρες. Οι σπινθήρες προκάλεσαν έντονους παλμούς ηλεκτρικού ρεύματος μέσα στα καλώδια χαλκού. Αυτοί οι παλμοί ταλαντώθηκαν μέσα στα καλώδια με ρυθμό περίπου 100 εκατομμυρίων ανά δευτερόλεπτο.
Όπως είχε προβλέψει ο Maxwell, τα ταλαντούμενα ηλεκτρικά φορτία παρήγαγαν ηλεκτρομαγνητικά κύματα (ραδιοκύματα) τα οποία απλώνονταν μέσω του αέρα γύρω από τα καλώδια. Ορισμένα από τα κύματα έφταναν σε βρόχο χάλκινου σύρματος σε απόσταση 1,5 μ., προκαλώντας ροή ηλεκτρικού ρεύματος μέσα σε αυτό. Αυτή η ροή ρεύματος προκαλούσε σπινθήρες σ' ένα κενό του βρόχου. 
Αυτός ήταν ένας πειραματικός θρίαμβος για τον Hertz. Είχε καταφέρει να παράξει και ανιχνεύσει ραδιοκύματα. Είχε καταφέρει να μεταφέρει ηλεκτρική ενέργεια, μέσω του αέρα, από μια συσκευή σε μία άλλη που βρισκόταν σε απόσταση ένα μέτρο μακριά. Και όλα αυτά χωρίς οι συσκευές να συνδέονται με σύρματα.


Το ζεύγος Hertz to 1886.

Τα επόμενα τρία χρόνια, με μια σειρά από λαμπρά πειράματα, ο Hertz επιβεβαίωσε πλήρως τη θεωρία του Maxwell. Έδειξε πέρα από κάθε αμφιβολία ότι η συσκευή του παρήγαγε ηλεκτρομαγνητικά κύματα, αποδεικνύοντας ότι η ενέργεια που ακτινοβολεί από τους ηλεκτρικούς ταλαντωτές του μπορεί να αντανακλάται, να διαθλάται, να περιθλάται και να παράγει στάσιμα κύματα όπως το φως.
Τα πειράματα του Hertz απέδειξαν ότι τα ραδιοκύματα και τα φωτεινά κύματα ήταν μέρος της ίδιας οικογένειας, την οποία σήμερα αποκαλούμε ηλεκτρομαγνητικό φάσμα.


Ηλεκτρομαγνητικό φάσμα.

Το 1886, σε ηλικία 29 ετών όταν ο Hertz ήταν στην Καρλσρούη, παντρεύτηκε  την  Elisabeth Doll που ήταν λέκτορας γεωμετρίας στο Πανεπιστήμιο της Καρλσρούης. Απέκτησαν δύο κόρες, την Johanna και την Mathilde
Η Mathilde ακολουθώντας τα βήματα των γονέων τους, έγινε βιολόγος.
Στις αρχές της δεκαετίας του 1930, η χήρα του Hertz με τις δύο κόρες της διέφυγαν από το ναζιστικό καθεστώς βρίσκοντας καταφύγιο στην Αγγλία.

Τον Απρίλιο του 1889 ο Hertz τοποθετήθηκε ως καθηγητής φυσικής και διευθυντής του Ινστιτούτου Φυσικής στη Βόννη, θέση που κράτησε μέχρι το θάνατό του. Σ' αυτό το διάστημα ασχολήθηκε με τη θεωρητική μηχανική και το αποτέλεσμα της εργασίας του εκδόθηκε σε βιβλίο ("Die Prinzipien der Mechanik in neuem Zusammenhange" - "Οι αρχές της Μηχανικής παρουσιασμένες μ' έναν καινούριο τρόπο") το 1894, μετά το θάνατό του.   

Οι κόρες του ζεύγους Hertz, Johanna και Mathilde.

Ο Hertz είχε δείξει από πολύ νωρίς ενδιαφέρον για την μετεωρολογία, ίσως επηρεασμένος από τον Wilhelm von Bezold, όταν το καλοκαίρι του 1878 τον είχε καθηγητή σ' ένα εργαστηριακό τμήμα στο Πολυτεχνείο του Μονάχου. Βέβαια η συνεισφορά του σ' αυτό το επιστημονικό πεδίο δεν είχε κάτι το εξαιρετικό, εκτός από μερικά άρθρα που έγραψε την εποχή που ήταν βοηθός του Helmholtz στο Βερολίνο.

Το κύριο έργο του Hertz είχε να κάνει με την προσέγγιση του φωτοηλεκτρικού φαινομένου και την πειραματική επιβεβαίωση της ηλεκτρομαγνητικής θεωρίας του  James Maxwell.

Φωτοηλεκτρικό φαινόμενο. 
Φωτόνια υπεριώδους ακτινοβολίας μεταφέρουν το απαραίτητο 
ποσό ενέργειας για να εξαχθούν ηλεκτρόνια από ένα μέταλλο.

Ο Hertz συνέβαλε στην εμπέδωση του φωτοηλεκτρικού φαινομένου (το οποίο εξηγήθηκε από άλλους αργότερα) όταν πρόσεξε ότι ένα φορτισμένο αντικείμενο χάνει το φορτίο του πιο εύκολα όταν φωτίζεται με υπεριώδες φως
Το 1887, έκανε παρατηρήσεις πάνω στο φωτοηλεκτρικό φαινόμενο και στην εκπομπή και λήψη ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, τις οποίες δημοσίευσε στο επιστημονικό περιοδικό  Annalen der Physik


Η πειραματική συσκευή που χρησιμοποίησε ο Hertz 
για την παραγωγή και εκπομπή ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. 
(Deutsches Museum, Μόναχο)

Νωρίτερα, το 1886, ο Hertz είχε κατασκευάσει μια διπολική κεραία, η οποία εξέπεμπε και λάμβανε ραδιοσυχνότητες. 
Το 1887 πειραματίστηκε με τα ραδιοκύματα στο εργαστήριό του. Μέσω πειραμάτων, απέδειξε ότι εγκάρσια ηλεκτρομαγνητικά κύματα ταξιδεύουν στον χώρο για κάποια απόσταση. Αυτό είχε προβλεφθεί από τον James Maxwell και τον Michael Faraday
Με τη διαμόρφωση της συσκευής του, τα ηλεκτρικά και τα μαγνητικά πεδία μπορούσαν να εκπέμψουν ακτίνες χωρίς καλώδια, σαν εγκάρσια κύματα. Ο Hertz είχε τοποθετήσει τον ταλαντωτή περίπου 12 μέτρα μακριά από ένα τσίγκινο πιάτο (ανακλαστήρας) για να δημιουργήσει σταθερά κύματα. Κάθε κύμα ήταν περίπου 4 μέτρα. Χρησιμοποιώντας έναν ανιχνευτή, κατέγραψε την ποικιλία στις διαστάσεις και την κατεύθυνση του κύματος. Ο Hertz μέτρησε τα κύματα του Maxwell και κατέδειξε ότι η ταχύτητα των ραδιοκυμάτων ήταν ίση με την ταχύτητα του φωτός. Μέτρησε ακόμη την ένταση και την πολικότητα του ηλεκτρικού πεδίου. Ο Hertz βρήκε ακόμη ότι τα ραδιοκύματα, ενώ μπορούσαν να μεταδοθούν από διαφορετικά είδη υλικών, από κάποια άλλα πάθαιναν ανάκλαση. 
Αυτή υπήρξε η κεντρική ιδέα που οδήγησε στη δημιουργία του ραντάρ αργότερα. 

Αναμνηστική προτομή του Heinrich Hertz 
στο Πανεπιστήμιο της Καρλσρούης.

Στην εποχή του ο Hertz δεν μπόρεσε ποτέ να κατανοήσει  τη σημασία των πειραματικών αποτελεσμάτων του. Ερωτώμενος για τις πρακτικές εφαρμογές των ανακαλύψεών του, είχε απαντήσει: "Καμία, υποθέτω".

Το 1892, ο Hertz ξεκίνησε να πειραματίζεται και κατέδειξε ότι οι καθοδικές ακτίνες  μπορούν να διεισδύσουν σε πολύ λεπτά μεταλλικά φύλλα (π.χ. αλουμινίου). Ο μαθητής του Philipp Lenard (Νόμπελ Φυσικής 1905) διερεύνησε περαιτέρω το φαινόμενο των ακτίνων. Δημιούργησε μια εκδοχή του καθοδικού σωλήνα και μελέτησε τη διείσδυση  ακτίνων Χ σε διάφορα υλικά. Ωστόσο, ο Lenard δεν συνειδητοποίησε ποτέ ότι παρήγαγε ακτίνες Χ.

Το 1892, ο Hertz διαγνώστηκε με κακοήθη όγκο στα οστά και υπεβλήθη σε αρκετές επεμβάσεις. Πέθανε από σηψαιμία την 1η Ιανουαρίου 1894, σε ηλικία μόλις 37 ετών, στη Βόννη. 

Αναμνηστικό γραμματόσημο της Ομοσπονδιακής Γερμανίας
για τα 100 χρόνια από τη γέννηση του Hertz (έκδοση 22/2/1957).

Όταν οι ναζί πήραν την εξουσία στη Γερμανία κατέβασαν το πορτραίτο του Heinrich Hertz από το Δημαρχείο του Αμβούργου, όπου είχε αναρτηθεί προς τιμή του, παρά το γεγονός ότι είχε αποβιώσει πριν από πολλά χρόνια και σε όλη του τη ζωή ήταν Χριστιανός Λουθηρανός (αφού ο πατέρας του είχε αλλάξει θρήσκευμα από το 1834, πριν τη γέννηση του Heinrich).

Το 1930, η Διεθνής Επιτροπή Ηλεκτροτεχνίας (IEC), προς τιμή του Hertz, έδωσε το όνομά του στη μονάδα συχνότητας στο σύστημα μονάδων SI. Το 1960, η Διεθνής Σύνοδος Μέτρων και Σταθμών (CGPM) αποδέχτηκε επίσημα το 1Hz ως μονάδα συχνότητας στο SI, αντικαθιστώντας το όνομα "κύκλοι ανά δευτερόλεπτο" (cps).

Το εξώφυλλο του βιβλίου 
"Heinrich Hertz: Memoirs, Letters, Diaries"
(Δεύτερη έκδοση San Francisco Press, 1977). 

Επιμέλεια από την Mathilde Hertz.
Η 1η έκδοση είχε γίνει το 1927 με την επιμέλεια της Johanna Hertz.

Το 1928 δημιουργήθηκε στο Βερολίνο το "Ινστιτούτο Heinrich-Hertz για την Έρευνα Ταλαντώσεων". Σήμερα αυτό είναι γνωστό με το όνομα "Fraunhofer Ινστιτούτο Τηλεπικοινωνιών, Ινστιτούτο Heinrich Hertz" (HHI).
Από το 1987, το "Ινστιτούτο των Ηλεκτρολόγων και Ηλεκτρονικών Μηχανικών" (IEEE) προσφέρει κάθε χρόνο το "Μετάλλιο Heinrich Hertz" για διακεκριμένες εργασίες στα  ερτζιανά κύματα.
Ένας κρατήρας στην αθέατη πλευρά της σελήνης έχει πάρει επίσης το όνομά του.
Πολλές χώρες σε όλο τον κόσμο έχουν τιμήσει το όνομά του με διάφορους τρόπους.
Το 2012, στα 155α γενέθλια του Hertz, η Google τον τίμησε μ' ένα χαρακτηριστικό doodle.

Τον Ιούλιο του 2017, η Γερμανική Διαστημική Υπηρεσία (DLRυπέγραψε συμβόλαιο με την εταιρεία OHB Systems για την κατασκευή ενός πειραματικού τηλεπικοινωνιακού  δορυφόρου που θα πάρει το όνομα "Heinrich Hertz". Υπολογίζεται ότι η εκτόξευση του δορυφόρου θα γίνει το 2021.

Καλλιτεχνικό σχέδιο του δορυφόρου Heinrich Hertz
που έχει προγραμματιστεί για εκτόξευση το 2021.

  • Φωτογραφικό αρχείο για τον Heinrich Hertz.
  • Το πείραμα του Hertz για τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα. (αγγλικά, 6:31)

Τετάρτη, 20 Φεβρουαρίου 2019

Σαν σήμερα ... 1972, πέθανε η (δεύτερη γυναίκα με Νόμπελ Φυσικής) Maria Goeppert - Mayer.


Maria Gertrude Käte Goeppert-Mayer
(
AIP Emilio Segrè Visual Archives)

Σαν σήμερα, στις 20 Φεβρουαρίου 1972, πέθανε η γερμανικής καταγωγής θεωρητικός φυσικός Maria Gertrude Käte Goeppert (-Mayer, από το σύζυγό της), σε ηλικία 66 ετών, στο Σαν Ντιέγκο της Καλιφόρνιας, ΗΠΑ.

Η Goeppert γεννήθηκε στις 28 Ιουνίου 1906 στο Kattowitz της Άνω Σιλεσίας, μιας πρωσικής επαρχίας της τότε Γερμανικής Αυτοκρατορίας (σήμερα Katowice,   Πολωνία).           
Ήταν το μοναχοπαίδι του Friedrich Goeppert και της Μaria Wolff. Το 1910 η οικογένεια μετακόμισε στο Γκέτινγκεν, καθώς ο πατέρας της, πανεπιστημιακός καθηγητής έκτης γενιάς, διορίσθηκε καθηγητής της παιδιατρικής στο Πανεπιστήμιο του Γκέτινγκεν

Η Maria Goeppert (2η από αρισ.) με τον Max Born (δεξ.)
και μέλη της οικογένειας Born (Irene Born, Gustav Born,
Maria Stein). (AIP Emilio Segrè Visual Archives)

Η Goeppert παρακολούθησε το Höhere Technische στο Γκέτινγκεν, ένα σχολείο για κορίτσια της μεσαίας τάξης που απέβλεπαν σε σπουδές στην ανώτατη εκπαίδευση. Το 1921 γράφτηκε να παρακολουθήσει το Frauenstudium, ένα ιδιωτικό λύκειο που καθοδηγείτο από σουφραζέτες και προετοίμαζε μαθήτριες για το πανεπιστήμιο. Όμως, κατά τη διάρκεια της οικονομικής κρίσης (υπερπληθωρισμόςτο σχολείο έκλεισε προτού ολοκληρωθεί το τριετές πρόγραμμα φοίτησης της Goeppert. Έτσι, με ελλιπή  προετοιμασία, αποφάσισε σε ηλικία 17 ετών να δώσει εισαγωγικές εξετάσεις (abiturγια το πανεπιστήμιο, μαζί με τρία ή τέσσερα άλλα κορίτσια από το σχολείο της και 30 αγόρια από άλλα σχολεία. Τα κορίτσια πέρασαν όλα, ενώ από τα αγόρια πέρασε μόνον ένα!

Ο Enrico Fermi (μέση) συζητά με την Maria Goeppert - Mayer
στο Ann Arbor του Μίσιγκαν.
(AIP Emilio Segrè Visual Archives)

Το φθινόπωρο του 1924 η Goeppert άρχισε να σπουδάζει μαθηματικά στο Πανεπιστήμιο του Γκέτινγκεν, αφενός γιατί εκεί υπήρχε η Emmy Noether, μία πρωτοπόρος γυναίκα καθηγήτρια μαθηματικών, αφετέρου γιατί εκείνη την εποχή υπήρχε έλλειψη γυναικών καθηγητριών των μαθηματικών στα γυμνάσια θηλέων
.
Φοιτώντας στο πανεπιστήμιο σύντομα διαπίστωσε ότι η φυσική τής ασκούσε ιδιαίτερη έλξη. Έτσι, ενώ παρακολουθούσε ένα σεμινάριο Φυσικής του Max Born (μετέπειτα αγαπημένου της δασκάλου), αποφάσισε να συνεχίσει με φυσική και όχι μαθηματικά. 
Με ένα σύντομο πέρασμα από το Πανεπιστήμιο Cambridge για να μάθει αγγλικά, όλη η πανεπιστημιακή της εκπαίδευση πραγματοποιήθηκε στο Γκέτινγκεν.  
Το 1930 πήρε το διδακτορικό της με θέμα τη θεωρία της ταυτόχρονης απορρόφησης δύο φωτονίων από άτομα. Εκείνη την εποχή, ήταν απίθανο να επαληθευτεί πειραματικά η θεωρία της, αλλά αργότερα το 1961, η ανάπτυξη του λέιζερ επέτρεψε την πρώτη πειραματική επαλήθευση. Προς τιμή της θεμελιώδους συνεισφοράς της Goeppert στη θεωρία γι' αυτό το φαινόμενο, η μονάδα για τη διατομή απορρόφησης δύο φωτονίων ονομάσθηκε "μονάδα Goeppert Mayer (GM)". 

Η Maria Goeppert με τον σύζυγό της Joseph Mayer.
(AIP Emilio Segrè Visual Archives)

Στις 19 Ιανουαρίου 1930 η Goeppert παντρεύτηκε τον Αμερικανό χημικό Joseph Edward Mayer. Το ζευγάρι απέκτησε 2 παιδιά, την Maria Ann και τον Peter Conrad.
Οι δυο τους είχαν γνωριστεί όταν ο Mayer φιλοξενείτο από την οικογένεια της Goeppert, την περίοδο που αυτός βρισκόταν στο Πανεπιστήμιο του Γκέτινγκεν συνεργαζόμενος ως βοηθός του καθηγητή James Franck, στο πλαίσιο μιας υποτροφίας του Ινστιτούτου Rockefeller που είχε πάρει. Μετά το γάμο τους το ζευγάρι εγκαταστάθηκε στην  Βαλτιμόρη των ΗΠΑ και ο Mayer βρήκε θέση αναπληρωτή καθηγητή Χημείας στο  Πανεπιστήμιο Johns Hopkins.
Οι αυστηροί κανόνες κατά της οικογενειοκρατίας που ίσχυαν στο Πανεπιστήμιο Johns  Hopkins δεν επέτρεψαν στη Goeppert να βρει θέση καθηγητή στο πανεπιστήμιο. Έτσι περιορίστηκε στη θέση βοηθού στο τμήμα Φυσικής, όπου ήταν υπεύθυνη για τη γερμανική αλληλογραφία. Ωστόσο δίδαξε κάποια μαθήματα και δημοσίευσε μία σημαντική εργασία για τη διπλή διάσπαση βήτα το 1935.

(Από αρισ.) Joseph Mayer, Maria Goeppert και Karl Herzfeld
στην Washington DC, μπροστά από το κτίριο της National Academy
of Sciences (NAS
καθώς προσέρχονται σε μια συνεδρία της 
American Physical Society (APS). 
(AIP Emilio Segrè Visual Archives)

Το ενδιαφέρον για την κβαντομηχανική στο Johns Hopkins ήταν πολύ μικρό, αλλά η Goeppert συνεργάσθηκε με τον Karl Herzfeld και συνέγραψαν κάποιες εργασίες. Ο Herzfeld ήταν ειδικός στην κλασσική Φυσική, ειδικά στην κινητική θεωρία και τη θερμοδυναμική και κάτω από την καθοδήγηση και την επιρροή του η Goeppert αναμίχθηκε ενεργά στον τομέα των χημικών και φυσικών επιστημών, εμβαθύνοντας και διευρύνοντας τη γνώση της στις φυσικές επιστήμες. Τα καλοκαίρια του 1931, 1932 και 1933 επέστρεφε στο Γκέτινγκεν και είχε την ευκαιρία να συνεργαστεί με τον Max Born, με τον οποίο συνέγραψε ένα άρθρο που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Handbuch der Physik το 1931. 
Μετά την άνοδο του ναζιστικού κόμματος στην εξουσία το 1933, η Goeppert σταμάτησε τα ταξίδια στην πατρίδα της, αφού και οι καθηγητές Born και Franck είχαν απολυθεί.

Η 1η σελίδα επιστολής γραμμένης στα γερμανικά
από την Maria Goeppert στον Karl Herzfeld, όταν
η Goeppert βρισκόταν στο Πανεπιστήμιο Johns Hopkins.
(AIP Emilio Segrè Visual Archives)


Όπως προανέφερα, το 1935 δημοσίευσε μία σημαντική εργασία για τη διπλή βήτα - διάσπαση, που αντιπροσωπεύει μια άμεση εφαρμογή των τεχνικών που είχε χρησιμοποιήσει για το διδακτορικό της, αλλά σε ένα εξ ολοκλήρου διαφορετικό πλαίσιο. Λίγα χρόνια αργότερα συνεργάστηκε με τον Joseph Mayer και συνέγραψαν το βιβλίο "Στατιστική Μηχανική", το οποίο εκδόθηκε το 1940.
 

Στη δεκαετία του 1930, στη διάρκεια λειτουργίας του Καλοκαιρινού
 Σχολείου στο Πανεπιστήμιο του Michigan (Ann Arbor).
(από αρισ.) Maria Goeppert-Mayer, Joseph Mayer, Robert Atkinson,
Paul Ehrenfest και Lars Onsager. (AIP Emilio Segrè Visual Archives)

Το 1937 ο Joseph Mayer απολύθηκε από το Johns Hopkins και το ζεύγος Mayer - Goeppert προσλήφθηκε από το Πανεπιστήμιο Columbia στη Νέα Υόρκη. Εκεί, ο πρόεδρος του τμήματος Φυσικής George B. Pegram έδωσε γραφείο στη  Goeppert να εργαστεί, αλλά όχι μισθό. Στη νέα της θέση γνωρίστηκε με τον χημικό Harold Urey και τον Enrico Fermi που έφθασε εκεί το 1939. Ο Fermi της ζήτησε να ερευνήσει τον φλοιό σθένους των  υπερουράνιων στοιχείων που δεν είχαν ακόμα ανακαλυφθεί, χρησιμοποιώντας το πολύ απλό "μοντέλο Thomas–Fermi". Εκείνη πρόβλεψε ότι αυτά τα στοιχεία θα σχημάτιζαν μία νέα σειρά στον περιοδικό πίνακα των στοιχείων, παρόμοια με αυτή των σπάνιων γαιώνΠαρά τις υπεραπλουστεύσεις του προτύπου, αυτό αποδείχθηκε στη συνέχεια μια εντυπωσιακά ακριβής πρόβλεψη της ποιοτικής χημικής συμπεριφοράς τους.

1952, (αρισ.) Lothar Nordheim, Maria Mayer Goeppert (μεσ.)
και David Dennison (2ος από δεξ.) σε μια εκδήλωση.
(AIP Emilio Segrè Visual Archives)

Το Δεκέμβριο του 1941 της προσφέρθηκε η πρώτη έμμισθη θέση πανεπιστημιακής διδασκαλίας με μερική απασχόληση, στο Κολέγιο Sarah Lawrence, στο προάστιο  Yonkers της Ν. Υόρκης. Το 1942, με παρέμβαση του Harold Urey, βρήκε μία ερευνητική θέση μερικής απασχόλησης στο Πρόγραμμα Μανχάταν. Αντικείμενο της έρευνας του εργαστηρίου της ήταν η ανακάλυψη μεθόδου για τον διαχωρισμό του ισοτόπου 235(ουράνιο 235) από το φυσικό ουράνιο 

Στα πλαίσια της εργασίας της στο Πρόγραμμα Μανχάταν, η Goeppert είχε την ευκαιρία να γνωριστεί με τον διακεκριμένο Edward Teller, ο οποίος της εξασφάλισε μία θέση στο Πρόγραμμα Opacity του Πανεπιστημίου Columbia, ερευνώντας τις ιδιότητες της ύλης και της ακτινοβολίας, σε εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες.

Η Maria Goeppert - Mayer με την κόρη της Maria Ann.

Τον Φεβρουάριο του 1946 ο Mayer έγινε καθηγητής στο Τμήμα Χημείας στο νέο Ινστιτούτο Πυρηνικών Ερευνών (μετέπειτα Ινστιτούτο Enrico Fermi) στο Πανεπιστήμιο του Σικάγου και η Goeppert μπόρεσε να γίνει άμισθη αναπληρώτρια καθηγήτρια Φυσικής εκεί. Στο Πανεπιστήμιο του Σικάγου και στο νεοϊδρυθέν τότε Εθνικό Εργαστήριο  Argonne η Goeppert ανέπτυξε μέχρι το 1949 ένα μαθηματικό μοντέλο της δομής των πυρηνικών φλοιών, το οποίο δημοσίευσε το 1950.  
Το πρότυπο αυτό ερμήνευε γιατί ορισμένοι αριθμοί νουκλεονίων σε έναν ατομικό πυρήνα αντιστοιχούν σε ιδιαίτερα σταθερούς πυρήνες. Οι αριθμοί αυτοί, 2, 8, 20, 28, 50, 82 και 126, πήραν το παρατσούκλι «μαγικοί αριθμοί» από τον Eugene Wigner
Ο Fermi ήταν αυτός που δημιούργησε το κίνητρο για την ανάπτυξη αυτού του προτύπου, όταν ρώτησε την Goeppert: "Υπάρχει κάποια ένδειξη για σύζευξη σπιν - τροχιάς;" Η Goeppert κατάλαβε ότι αυτό γινόταν στην πραγματικότητα και υπέθεσε ότι ο πυρήνας  ουσιαστικά είναι μία σειρά από πλήρεις φλοιούς και ότι ζεύγη νετρονίων και πρωτονίων τείνουν να συζεύγνυνται.

(Από αρισ.) Ben Mottelson, Maria Goeppert Mayer, J. Hans Daniel Jensen και Aage Bohr συζητούν.
(AIP Emilio Segrè Visual Archives)
Τρεις Γερμανοί επιστήμονες, οι Otto HaxelJ. Hans D. Jensen και Hans Suess που εργάζονταν επίσης για την επίλυση του ίδιου προβλήματος, έφθασαν ανεξάρτητα από την Goeppert στο ίδιο συμπέρασμα, αλλά δημοσίευσαν την εργασία τους νωρίτερα από εκείνη. 
Το 1963 η Maria Goeppert-Mayer, ο J. Hans D. Jensen και ο Eugene Wigner μοιράσθηκαν το Βραβείο Νόμπελ Φυσικής "για τις ανακαλύψεις τους σχετικά με τη δομή των πυρηνικών φλοιών". Έτσι, η Maria Goeppert-Mayer έγινε η δεύτερη γυναίκα που τιμήθηκε με Βραβείο Νόμπελ Φυσικής μετά τη Μαρία Κιουρί.

Η Maria Goeppert - Mayer μεταμφιεσμένη
με κοστούμι νυχτερίδας.
(AIP Emilio Segrè Visual Archives)

Το 1960 η Goeppert διορίσθηκε καθηγήτρια Φυσικής στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας  στο  Σαν Ντιέγκο, όταν τόσο αυτή όσο και ο σύζυγος της είχαν την ευκαιρία να πάνε εκεί. Παρότι υπέστη ένα εγκεφαλικό επεισόδιο λίγο καιρό μετά την εγκατάστασή της εκεί, συνέχισε να διδάσκει και να διεξάγει έρευνα για μερικά χρόνια ακόμα.
Η Maria Goeppert - Mayer πέθανε στο Σαν Ντιέγκο το 1972 ενώ βρισκόταν σε κωματώδη κατάσταση, μετά από ένα έμφραγμα που είχε πάθει τον προηγούμενο χρόνο. Τάφηκε στο El Camino Memorial Park του Σαν Ντιέγκο.

Joseph Mayer, Maria Goeppert-Mayer και Max Born 
στο σπίτι του Born στο Bad Pyrmont της Γερμανίας.
(AIP Emilio Segrè Visual Archives)

Μετά τον θάνατό της θεσπίσθηκε το βραβείο "Maria Goeppert-Mayer" από την Αμερικανική Φυσική Ένωση (APS), το οποίο απονέμεται κάθε χρόνο από το 1986 σε νεαρές φυσικούς, κατόχους διδακτορικού που βρίσκονται στην αρχή της σταδιοδρομίας τους. 
Το Εθνικό Εργαστήριο Argonne απονέμει επίσης ένα βραβείο κάθε χρόνο σε εξέχουσα νέα επιστήμονα ή μηχανικό στη μνήμη της. 
Το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας στο Σαν Ντιέγκο διοργανώνει ένα ετήσιο "Διεπιστημονικό Συμπόσιο Maria Goeppert-Mayer", που συγκεντρώνει ερευνήτριες για να συζητήσουν τρέχοντα επιστημονικά θέματα.
Ο κρατήρας Goeppert-Mayer στον πλανήτη Αφροδίτη ονομάσθηκε έτσι προς τιμήν της.


H Goeppert κρατώντας στο χέρι της ένα λογαριθμικό κανόνα
(ο επιστημονικός υπολογιστής μέχρι περίπου
 τα μέσα της δεκαετίας του '70).  

  • Φωτογραφικό αρχείο για την Maria Goeppert - Mayer, από το Αρχείο Emilio Segrè της AIP. 
  • Βίντεο για την ζωή και την εργασία της Maria Goeppert - Mayer από τον ιστότοπο 66mm Wide (αγγλικά, 25:19).
  • Βίντεο με τον Edward Teller να μιλά για την Maria Goeppert - Mayer (αγγλικά, 1:48).
  • Η Maria Goeppert - Mayer δίνει συνέντευξη στον Thomas S. Kuhn, στο πλαίσιο του προγράμματος Oral History Interviews της AIP (20 Φεβρουαρίου 1962). 
  • O Joseph Mayer δίνει συνέντευξη στην Lillian Hoddeson για την σύζυγό του Maria Goeppert - Mayer, στο πλαίσιο του προγράμματος Oral History Interviews της AIP (24 Ιανουαρίου 1975). 

Τρίτη, 19 Φεβρουαρίου 2019

Σαν σήμερα ... 1889, γεννήθηκε ο Άγγλος πειραματικός φυσικός Ernest Marsden.


Ernest Marsden

Σαν σήμερα, στις 19 Φεβρουαρίου 1889, γεννήθηκε στο Rishton του Λανκασάιρ στην Αγγλία, ο διακεκριμένος Άγγλος πειραματικός φυσικός Ernest Marsden (Έρνεστ Μάρσντεν). O Marsden έχει αναγνωριστεί διεθνώς, αρχικά ως συνεργάτης του Ernest  Rutherford, σε μια συνεργασία που οδήγησε στην ανακάλυψη νέων θεωριών σχετικά με τη δομή του ατόμου και στη συνέχεια ως σημαντικό μέλος της επιστημονικής κοινότητας  στη Νέα Ζηλανδία.
Οι γονείς του Έρνεστ ήταν ο Thomas Marsden που δούλευε ως υφαντής βαμβακερών και η Phoebe Holden.
Ο Έρνεστ πήγε σχολείο στο Queen Elizabeth's Grammar School στο  Μπλάκμπερν.     


Ο Marsden την περίοδο της αποφοίτησής του.

Γράφτηκε στο τμήμα Φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ, όπου το 1909, σε ηλικία 20 ετών, συνάντησε τον Ράδερφορντ και άρχισε να εργάζεται υπό την επίβλεψή του. Πριν ακόμη πάρει το πτυχίο του, έστησαν με τον Hans Geiger, το περίφημο "πείραμα  Geiger - Marsden" ή αλλιώς "το πείραμα με το φύλλο χρυσού", πάντα κάτω από την εποπτεία του Ράδερφορντ.
Αυτό το πείραμα οδήγησε το 1911 τον Ράδερφορντ στη διατύπωση μιας νέας θεωρίας για την δομή του ατόμου ("πλανητικό μοντέλο").
Η συσκευή που χρησιμοποιήθηκε στο πείραμα ήταν μια πρώιμη έκδοση αυτού που αργότερα θα γινόταν ο μετρητής Γκάιγκερ.
Το 1914 πήρε το διδακτορικό του με θέμα σχετικό με την εργασία που προανέφερα.


Ο Ράδερφορντ (στη μέση, 4ος καθιστός από δεξιά)
με το προσωπικό των εργαστηρίων που ήταν υπεύθυνος.
Ο Marsden βρίσκεται 2ος από δεξιά, στην τελευταία σειρά.
(Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ 1910) 

Ένα χρόνο νωρίτερα, στις 4 Αυγούστου 1913, παντρεύτηκε στο Rishton την Margaret Sutcliffe που ήταν δασκάλα. Έζησε μαζί της μέχρι το θάνατό της στις 7 Νοεμβρίου 1956, έχοντας αποκτήσει δύο παιδιά.

Το 1915, κατόπιν σύστασης του Ράδερφορντ, μετακόμισε οικογενειακά στο Πανεπιστήμιο Victoria στο Ουέλινγκτον της Νέας Ζηλανδίας, όπου αντικατέστησε τον καθηγητή Φυσικής Thomas Laby.

Η Βασιλική Ένωση της Ν. Ζηλανδίας στην ετήσια συνάντηση
του συμβουλίου της στις 16 Μαΐου 1934. Στην άκρη αριστερά 

διακρίνεται ο Marsden (τότε Γραμματέας του DSIR).

Στη διάρκεια του Α' παγκοσμίου πολέμου πολέμησε στη Γαλλία ως μηχανικός. Μετά τον πόλεμο επέστρεψε στη θέση του στο πανεπιστήμιο, στη Ν. Ζηλανδία. 
Το 1922 άφησε την πανεπιστημιακή έρευνα και αποδέχτηκε τον διορισμό του, αρχικά ως βοηθός διευθυντής εκπαίδευσης και στη συνέχεια το 1926 ως Γραμματέας της Νέας Ζηλανδίας, στο νεοσύστατο Τμήμα Επιστημονικής και Βιομηχανικής Έρευνας (DSIR). Η δουλειά του Τμήματος ήταν η παροχή βοήθειας στον πρωτογενή κλάδο της οικονομίας και ο Marsden εργάστηκε για την οργάνωση της έρευνας ιδίως στον τομέα της γεωργίας.


Μέλη του Συμβουλίου Ερευνών της Ν. Ζηλανδίας το 1936.
Ο Marsden είναι καθιστός, 2ος από δεξιά. 

Το 1939 πρωτοστάτησε στην μη ιατρική χρήση ραδιοϊσοτόπων στη Νέα Ζηλανδία και πραγματοποίησε μια σειρά πειραμάτων για να προσδιοριστεί ο ρόλος του κοβαλτίου στο μεταβολισμό των ζώων. 

Στον Β' παγκόσμιο πόλεμο τού δόθηκε ο τίτλος του διευθυντή των επιστημονικών ερευνών και ανέλαβε την κινητοποίηση του επιστημονικού δυναμικού της Ν. Ζηλανδίας. Κατά τη διάρκεια του πολέμου εργάστηκε στην έρευνα για την ανάπτυξη του ραντάρ, ενώ παράλληλα δημιούργησε μια ομάδα νέων επιστημόνων από τη Ν. Ζηλανδία που  συμμετείχαν στο "Πρόγραμμα Μανχάταν", το αμερικανικό σχέδιο για την δημιουργία της πρώτης ατομικής βόμβας. 

Το 1954 συνταξιοδοτήθηκε και εγκαταστάθηκε στο Ουέλινγκτον της Ν. Ζηλανδίας. Αντιτάχθηκε στις δοκιμές και στην ανάπτυξη των πυρηνικών όπλων και ασχολήθηκε με τις επιπτώσεις της ραδιενέργειας στην ατμόσφαιρα.

Ο Ernest Marsden τη δεκαετία του '40.

Στις 26 Ιουλίου 1958 παντρεύτηκε στο Eastbourne του Ουέλινγκτον την Joyce Winifred Chote, η οποία τα προηγούμενα 30 χρόνια ήταν γραμματέας του.

Το 1966, την ίδια χρονιά που η Γαλλία άρχισε τις πυρηνικές δοκιμές στην περιοχή του Ειρηνικού, ο Marsden υπέστη εγκεφαλικό επεισόδιο που τον άφησε καθηλωμένο σε αναπηρικό καροτσάκι. 
Ο Ernest Marsden πέθανε στις 15 Δεκεμβρίου 1970, σε ηλικία 81 ετών, στο σπίτι του στο Lowry Bay, στις ακτές του  Ουέλινγκτον της Ν. Ζηλανδίας. 

Τιμήθηκε επανειλημμένα από τις αρχές και τον επιστημονικό κόσμο της Βρετανίας και της Ν. Ζηλανδίας. Το 1946 έγινε μέλος της Βασιλικής Ένωσης του Λονδίνου και το 1947 μέλος της Βασιλικής Ένωσης της Ν. Ζηλανδίας.

Ο Sir Ernest Marsden και η 2η σύζυγός του Joyce Winifred Chote
στο Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ τον Σεπτέμβριο 1961.
Ο Marsden είχε προεδρεύσει στο διεθνές συνέδριο που είχε γίνει
στο πανεπιστήμιο για να τιμηθεί η μνήμη του Ράδερφορντ.
(Από τη συλλογή Alexander Turnbull Library)

Το 1994 δημιουργήθηκε στη Βασιλική Ακαδημία της Ν. Ζηλανδίας το Ίδρυμα Marsden για βασική έρευνα.

  • Το αρχείο του Sir Ernest Marsden στην Εθνική Βιβλιοθήκη της Ν. Ζηλανδίας.