Σαν σήμερα... 1888, γεννήθηκε ο νομπελίστας φυσικός Otto Stern.

Otto Stern
(AIP Emilio Segre Visual Archives)

Σαν σήμερα, στις 17 Φεβρουαρίου 1888, γεννήθηκε στο Sohrau της Άνω Σιλεσίας (τότε ήταν περιοχή της Γερμανίας, τώρα με το όνομα Zory ανήκει στην Πολωνία) ο Otto Stern (Ότο Στερν) που θεωρήθηκε και ως "θεμελιωτής της ατομικής πειραματικής φυσικής". 

Ηταν Εβραϊκής καταγωγής, από πλούσια οικογένεια που κατείχε μύλους και ήταν έμποροι σιτηρών. Ο Ότο είχε έναν αδελφό τον Kurt και τρεις αδελφές. Ο πατέρας του, Oscar, είχε παντρευτεί την Eugenie Rosenthal, από το Rawitsch.

Το 1892 η οικογένεια μετακόμισε στο Breslau (σήμερα Wrocław στην Πολωνία) κι εκεί πρωτοπήγε σχολείο. Όμως, πέρα από το σχολείο, ο Ότο είχε την ευκαιρία να μελετά στο σπίτι του επιστημονικά βιβλία για παιδιά, ακόμη να κάνει και πειράματα χημείας. 

Το Γυμνάσιο Johannes στο Breslau.

Από το 1897 μέχρι το 1906 παρακολούθησε το Γυμνάσιο Johannes στο Breslau, απ' όπου πήρε το δίπλωμα Abitur. Όπως συνήθως συνέβαινε εκείνη την εποχή με τους Γερμανούς φοιτητές, ο Στερν περιπλανήθηκε σε διάφορα πανεπιστήμια (του Freiburg, του Μονάχου) για να καταλήξει στο Πανεπιστήμιο του Breslau, όπου σπούδασε Χημεία και ιδιαίτερα Φυσικοχημεία.

Κατά τη διάρκεια της φοίτησής του παρακολούθησε διαλέξεις του Arnold Sommerfeld στη  Μαθηματική Φυσική και του Jakob Rosanes στα Μαθηματικά. Κάποιοι καθηγητές του στη Φυσική ήταν οι Ernst Pringsheim, Otto Lummer και Clemens Schaefer. Ειδικά ο Otto Sackur ασκούσε μεγάλη επιρροή στον Στερν. 

Ο Ότο Στερν το 1891, το 1897 και το 1904.

Το 1912 ο Στερν έκανε το διδακτορικό του με την επίβλεψη του Sackur. Το θέμα της διατριβής του ήταν για την κινητική θεωρία της οσμωτικής πίεσης σε συμπυκνωμένα διαλύματα. Αφού πήρε το διδακτορικό του κι έχοντας την απαραίτητη οικονομική άνεση, αποφάσισε να βρεθεί κοντά στον Άλμπερτ Αϊνστάιν. Με την μεσολάβηση του Sackur και του Fritz Haber που γνώριζε τον Αϊνστάιν, εκείνος δέχτηκε τον Στερν κοντά του, πρώτα στην Πράγα και στη συνέχεια στη Ζυρίχη.

Άλμπερτ Αϊνστάιν και Ότο Στερν το 1925.

Το 1913, παραδόξως για τη νεαρή του ηλικία, ο Στερν έγινε Privatdozent (άμισθος καθηγητής) στη Φυσικοχημεία, στο Πανεπιστήμιο της Ζυρίχης. Έτσι, κοντά στον Αϊνστάιν έμαθε ποια ήταν τα πραγματικά σημαντικά προβλήματα της σύγχρονης φυσικής της εποχής: η φύση του κβάντο φωτός (σωματίδιο και κύμα), η φύση των ατόμων και η σχετικότητα, αν και για το τελευταίο ο Στερν δεν έδειξε ιδιαίτερο ενδιαφέρον. Εκείνη την εποχή έγραψαν οι δυο τους μια εργασία για το τότε πραγματικό πρόβλημα της ενέργειας μηδενικού σημείου ενός αρμονικού ταλαντωτή.

Το γράμμα της παραίτησης του Ότο Στερν προς
τον πρύτανη του Πανεπιστημίου της Ζυρίχης,
στις 16 Νοεμβρίου 1915.

Λίγο αργότερα ο Στερν έγραψε την πρώτη του εργασία με τίτλο "Ο υπολογισμός της σταθεράς εντροπίας του ιδανικού μονοατομικού αερίου". Αυτή η αξιόλογη εργασία είχε σημαντική επιρροή σε μεταγενέστερες εξελίξεις. Π.χ. την μελέτησε διεξοδικά ο Ενρίκο Φέρμι πριν ανακαλύψει τις "στατιστικές Φέρμι".

Στη Ζυρίχη, ο Στερν είχε την ευκαιρία να έχει μακρές συζητήσεις με τον Peter Debye, τον Karl Herzfeld και ιδιαίτερα τον Paul Ehrenfest που επισκεπτόταν τον φίλο του Αϊνστάιν. Έτσι, ο Στερν είχε εξοικειωθεί με τα προβλήματα της κβαντικής θεωρίας, πριν ακόμη ο Niels Bohr (Νιλς Μπορ) διατυπώσει τις ιδέες του για το άτομο υδρογόνου. Παρόλα αυτά, όταν δημοσιεύτηκε η εργασία του Μπορ, ο Στερν και ο Max von Laue που επίσης βρισκόταν στη Ζυρίχη, σοκαρίστηκαν τόσο πολύ από την καινοτομία των ιδεών του Μπορ, που συνομιλώντας σε μια βόλτα τους αποφάσισαν να πάρουν όρκο, "Αν αυτή η ανοησία του Μπορ μπορεί στο τέλος να αποδειχθεί ότι είναι σωστή, εμείς θα σταματήσουμε (να ασχολούμαστε με) τη Φυσική". Που να το φαντάζονταν!

Γύρω στο 1927, ο Στερν (δεξιά) με την Lise Meitner
και τον Walther Gerlach.

Με το ξεκίνημα του Α' Παγκοσμίου Πολέμου τον Αύγουστο του 1914, ο Στερν υπηρέτησε στο Γερμανικό στρατό, στην περιοχή του Łomża στην Πολωνία, κάνοντας μετεωρολογικές παρατηρήσεις. Στον ελεύθερο χρόνο του ασχολείτο με ζητήματα θεωρητικής φυσικής, επιμένοντας ιδιαίτερα στο Θεώρημα του Nernst. Αργότερα στη διάρκεια του πολέμου, με την μεσολάβηση του Walther Nernst, ο Στερν μετατέθηκε στο Υπουργείο Πολέμου στο Βερολίνο. Εκείνη την περίοδο είχε την ευκαιρία να συζητά συχνά με τον Max Born, τον Nernst, τον Rudolf Ladenburg που ήταν προϊστάμενός του στην υπηρεσία και να έχει συχνούς περιπάτους και συζητήσεις για την επιστήμη και την πολιτική με τον  Max Volmer και τον James Franck.

Ο Στερν στο εργαστήριό του στο Αμβούργο
με το αγαπημένο του πούρο!
(Emilio Segrè Visual Archives)

Τον Ιανουάριο του 1919, δύο μόλις μήνες μετά την λήξη του Α' Παγκοσμίου Πολέμου, ο Στερν και ο  Volmer δημοσίευσαν από κοινού μια πειραματική εργασία για τον φθορισμό, που είχαν πραγματοποιήσει στο εργαστήριο του Nernst, ενώ λίγο αργότερα δημοσίευσαν άλλη μια εργασία όπου παρουσίαζαν την προσπάθειά τους (αποτυχημένη) να διαχωρίσουν το ισότοπο του υδρογόνου ²Η από το συνηθισμένο υδρογόνο.

Με το τέλος του πολέμου πήγε στο Πανεπιστήμιο Frankfurt am Main (σήμερα Goethe University Frankfurt) ως βοηθός του Born (είχε γίνει ήδη δεκτός από το 1915 ως Privatdozent) που αντάλλαξε τη θέση του στο Βερολίνο με τον von Laue.

1929, η εργαστηριακή ομάδα του Στερν στο Αμβούργο.
(καθ.) Στερν και John Bradshaw Taylor.
(ορθ.) Friedrich Knauer, Otto Brill, Ronald Fraser,
Isidor Isaac Rabi και Immanuel Estermann. 

Φτάνοντας στην Φρανκφούρτη και με την συμπαράσταση του Born, ο Στερν άρχισε ν' ασχολείται με μια νέα τεχνική στη χρήση των μοριακών δεσμών (molecular beams), ενώ παράλληλα έδωσε μερικές διαλέξεις συγκεντρώνοντας χρήματα που θα τον βοηθούσαν να στήσει τον απαιτούμενο εργαστηριακό εξοπλισμό. Έτσι, άρχισε προοδευτικά να συμμετέχει ενεργά στο στήσιμο πειραμάτων, κάτι που του έδωσε την δυνατότητα γνωριμίας με άλλους νεότερους εργαστηριακούς φυσικούς όπως τον Walther Gerlach, τον  Immanuel Estermann, τον Friedrich Knauer και τον Otto Frisch. 

Μέχρι το 1934, όλα τα σπουδαία πειράματα που χρησιμοποιούσαν μοριακές δέσμες είχαν πραγματοποιηθεί στο εργαστήριο του Στερν. Ο Στερν είχε δυνατότητα καλής επικοινωνίας τόσο με τους θεωρητικούς φυσικούς π.χ. τον Wolfgang Pauli, όσο και με τους τεχνικούς, μηχανικούς που δούλευαν για να κατασκευάσουν τα εργαστηριακά όργανα που χρειαζόταν το εργαστήριο. 

Συγγραφέας: Λέανδρος Περιβολαρόπουλος
ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ, ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ

Το 1921 ο Στερν έγινε καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Ροστόκ και από εκεί έφυγε το 1923 για να γίνει διευθυντής του νεοϊδρυθέντος Institut für Physikalische Chemie στο Πανεπιστήμιο του Αμβούργου.

Το πρώτο πείραμα που έκανε στη Φρανκφούρτη ήταν η άμεση επαλήθευση της κατανομής ταχυτήτων του Maxwell. Μόλις ολοκλήρωσε αυτό το πείραμα το 1920, ξεκίνησε ν' ασχολείται με το επόμενο που έμελλε να έχει επαναστατικό χαρακτήρα, το περίφημο πείραμα Stern-Gerlach. Με αυτό το πείραμα, το 1922, οι δύο επιστήμονες έδειξαν ότι τα ηλεκτρόνια παρουσιάζουν μαγνητική ροπή λόγω σπιν. Χρειάστηκαν 5 εργασίες (papers) για να περιγράψουν αυτό το ιστορικό πείραμα που αποτέλεσε κομβικό σημείο στην ανάπτυξη της κβαντικής θεωρίας του ατόμου.

Αναμνηστική πλάκα στο Πανεπιστήμιο 
Frankfurt am Main για το πείραμα Stern-Gerlach.

Το 1926, ο Στερν ξεκίνησε τη δημοσίευση μιας σειράς εργασιών κάτω από τον γενικό τίτλο "Untersuchungen zur Molekularstrahlmethode - U.z.M." ("Έρευνες σχετικά με τη μέθοδο της μοριακής δέσμης"). Όταν η σειρά έφτασε τον αριθμό 30 τελείωσε, με αυτή τη φράση: "Ωστόσο, τα πειράματα έπρεπε να διακοπούν λόγω εξωτερικών αιτίων". Πρακτικά αυτή η φράση σήμαινε ότι το Ινστιτούτο είχε καταληφθεί από τους Ναζί.

Με το πείραμα Stern-Gerlach, ο Στερν είχε ήδη γίνει γνωστός σε παγκόσμιο επίπεδο. Αυτό έπαιξε ρόλο στο να καλείται σε ξένα πανεπιστήμια, μεταξύ αυτών και στις ΗΠΑ. Έδειχνε μια ιδιαίτερη προτίμηση για το Πανεπιστήμιο του Berkeley γιατί του άρεσαν οι συνάδελφοι εκεί, αλλά και το κλίμα της Καλιφόρνιας. 

Το Πανεπιστήμιο της Φρανκφούρτης γύρω στο 1920.
Με το βέλος είναι σημειωμένο το εργαστήριο που έγινε
το πείραμα Stern-Gerlach.

Το 1930, το Berkeley του έδωσε τον τιμητικό τίτλο του LL.D. και τον κάλεσε ως επισκέπτη καθηγητή.

Το 1933, ο καθηγητής G. N. Lewis έδωσε στον Στερν λίγες πολύτιμες σταγόνες από D₂O (βαρύ ύδωρ) με τη βοήθεια του οποίου μέτρησε την μαγνητική ροπή του δευτερίου.

Την ίδια χρονιά, παρά το γεγονός ότι ο Στερν βρισκόταν στην καλύτερη περίοδο της επιστημονικής του εξέλιξης, αναγκάστηκε να παραιτηθεί από το Πανεπιστήμιο του Αμβούργου, λόγω πιέσεων από τους Ναζί. Ο επόμενος σταθμός του Στερν ήταν στο Πίτσμπουργκ της Πενσυλβάνια στις ΗΠΑ, στο  Carnegie Institute of Technology, όπου του προσφέρθηκε θέση ερευνητή καθηγητή. Εκεί, σύντομα ο Στερν δημιούργησε εργαστήριο μοριακών δεσμών με την βοήθεια του Estermann, ο οποίος επίσης είχε μεταναστεύσει από την Γερμανία κυνηγημένος από τους Ναζί.

Το δίπλωμα του βραβείου Νόμπελ 
Φυσικής 1943 για τον Ότο Στερν.

Στις 8 Μαρτίου 1939, ο Ότο Στερν έγινε Αμερικανός πολίτης και κατά τη διάρκεια του Β' Παγκοσμίου Πολέμου εργάστηκε ως σύμβουλος στο Υπουργείο Πολέμου των ΗΠΑ.

Το 1943 απονεμήθηκε στον Ότο Στερν το βραβείο Νόμπελ Φυσικής (το βραβείο δόθηκε το 1944) "για την συμβολή του στην ανάπτυξη της μεθόδου των μοριακών ακτίνων και την ανακάλυψη από αυτόν της μαγνητικής ροπής του πρωτονίου". Ήταν η πρώτη βράβευση με Νόμπελ μετά το 1939. Στο σκεπτικό της υποψηφιότητάς του για το βραβείο δεν αναφερόταν το πολύ σημαντικό πείραμα Stern-Gerlach, το οποίο στην πραγματικότητα ο Gerlach είχε διεξάγει ουσιαστικά μόνος του στις αρχές του 1922, αφού εκείνη την εποχή ο Στερν βρισκόταν στο Πανεπιστήμιο του Ροστόκ. 

Ο Στερν το 1960.

Στο τέλος του πολέμου ο Στερν παραιτήθηκε από την θέση του στο Carnegie Institute και εγκαταστάθηκε στο Μπέρκλεϊ όπου ζούσαν 2 αδελφές του. Κάθε χρόνο επισκεπτόταν την Ευρώπη και ειδικά την Ελβετία γιατί του άρεσαν τα βουνά της κοιλάδας Engadine, αλλά επίσης είχε την ευκαιρία να κάνει στην Ζυρίχη παρέα με τον φίλο του Pauli. Δεν επισκέφτηκε πάλι την Γερμανία και αρνήθηκε την γερμανική σύνταξη που δικαιούτο ως διαμαρτυρία για το ναζισμό. Από την άλλη μεριά, διατήρησε τη φιλία του με κάποιους Γερμανούς επιστήμονες, στέλνοντάς τους εφόδια κατά την δύσκολη περίοδο μετά τον πόλεμο ή συναντώντας τους έξω από την Γερμανία. 

Ο Ότο Στερν δεν παντρεύτηκε. Του άρεσε ο χορός και το τένις. Γενικά του άρεσε η "καλή ζωή". Ήταν κοινωνικός με πολλούς φίλους από τον χώρο των φυσικών (Bohr, Volmer, Lise Meitner κλπ). Συχνά τον καλούσαν σε επιστημονικά συνέδρια, γιατί πάντα είχε να πει κάτι σημαντικό. 

Το Κέντρο Otto Stern, κτίριο του Goethe University
στη Φρανκφούρτη.

Στις 17 Αυγούστου 1969, ενώ βρισκόταν σε σινεμά στο Μπέρκλεϊ, χτυπήθηκε από καρδιακή προσβολή και πέθανε. Ήταν 81 ετών.

Το 1945 είχε εκλεγεί στην Εθνική Ακαδημία Επιστημών των ΗΠΑ. 

Ο Στερν ήταν ένας από τους μεγαλύτερους φυσικούς του 20ου αιώνα. Έγραψε σχετικά λίγες εργασίες, αλλά το περιεχόμενό τους ήταν εξαιρετικό. Κάθε εργασία διακρινόταν για την απλότητά της, το βάθος των θεωρητικών ιδεών, την εφευρετικότητα των χρησιμοποιούμενων τεχνικών και την δύναμη των συμπερασμάτων. Συνολικά προτάθηκε 82 φορές για το Νόμπελ Φυσικής. 

Συσκευή Stern-Gerlach.

• Βιογραφία του Ότο Στερν με τίτλο: "Otto Stern (1888-1969): The founding father of experimental atomic physics" (22 Σεπτεμβρίου 2011), από τους J. Peter Toennies, Horst Schmidt-Böcking, Bretislav Friedrich και Julian C.A. Lower.

• Σύντομη βιογραφία του Ότο Στερν από τον Emilio Segrè για την National Academy of Sciences.

• Παρουσίαση του πειράματος Stern-Gerlach από τον καθηγητή Λέανδρο Περιβολαρόπουλο. 

• Παρουσίαση του πειράματος Stern-Gerlach από το phet.colorado.

• Η ομιλία (pdf) του Ότο Στερν στην απονομή του βραβείου Νόμπελ Φυσικής στις 12 Δεκεμβρίου 1946 με τίτλο "The method of molecular rays" ("Η μέθοδος των μοριακών ακτίνων").

• Προσομοίωση του πειράματος Stern-Gerlach από τον ιστότοπο toutestquantique (1:30).

• Συνέντευξη του Ότο Στερν στον Thomas S. Kuhn για την Oral History του AIP (29, 30 Μαΐου 1962 στο Μπέρκλεί). 

Πηγή: Today in Science History,  nobelprize