Σαν σήμερα ... 1865, γεννήθηκε ο Ολλανδός νομπελίστας φυσικός Pieter Zeeman.

Pieter Zeeman

Σαν σήμερα, στις 25 Μαΐου 1865, γεννήθηκε ο Pieter Zeeman (Πήτερ Ζέεμαν) στο Zonnemaire, ένα μικρό χωριό στο νησί Schouwen, στην περιοχή Zeeland της Ολλανδίας. 

Ήταν γιος του τοπικού κληρικού Catharinus Forandinus Zeeman και της συζύγου του Wilhelmina Worst. Ο Pieter είχε μία αδελφή και δύο αδελφούς.

Από μικρή ηλικία ο Pieter έδειξε ιδιαίτερο ενδιαφέρον για τη Φυσική. Είναι χαρακτηριστικό ότι το 1883 κι ενώ ήταν ακόμη μαθητής στη δευτεροβάθμια εκπαίδευση, μελέτησε και περιέγραψε τη δημιουργία του φαινομένου του βόρειου σέλαος (aurora borealis) που παρατήρησε στην περιοχή που έμενε. Την εργασία του την έστειλε στο περιοδικό Nature όπου και δημοσιεύθηκε. Φαίνεται ότι η εργασία του ήταν τόσο καλά δομημένη που το περιοδικό επαίνεσε τις σχολαστικές παρατηρήσεις του "καθηγητή Zeeman από το αστεροσκοπείο στο Zonnemaire"!

Ο Pieter Zeeman το 1902.

Αφού ολοκλήρωσε τη δευτεροβάθμια εκπαίδευση στο Zierikzee, την πρωτεύουσα του νησιού, πήγε για δύο χρόνια στο Delft για να διδαχτεί κλασικές γλώσσες, η γνώση των οποίων ήταν απαραίτητη για την είσοδό του στο πανεπιστήμιο, εκείνη την εποχή.

Στο Delft έμεινε στο σπίτι του Δρ. J.W. Lely που ήταν διευθυντής του Γυμνασίου και αδελφός του Δρ. Cornelis Lely που ήταν Υπουργός Δημοσίων Έργων. Το περιβάλλον στο οποίο βρέθηκε ο νεαρός Pieter τον βοήθησε στην παραπέρα ανάπτυξη των επιστημονικών του ταλέντων. Επίσης, εδώ ήρθε σε επαφή με τον Heike Kamerlingh Onnes (Βραβείο Νόμπελ Φυσικής 1913), ο οποίος ήταν δώδεκα χρόνια μεγαλύτερός του. Ο Onnes εντυπωσιάστηκε από το επίπεδο γνώσεων του Zeeman (π.χ. γνώριζε το έργο του Maxwell "Heat" - "Θερμότητα") και το πάθος του για την πραγματοποίηση πειραμάτων, πράγματα που αποτέλεσαν τη βάση για μια καρποφόρα φιλία μεταξύ των δύο επιστημόνων.

O Zeeman το 1910.
(αρχείο World History Archive/Alamy Stock Photo)

Το 1885 ο Zeeman μπήκε στο Πανεπιστήμιο του Leyden και ξεκίνησε να παρακολουθεί τα μαθήματα Μηχανικής του Kamerlingh Onnes και Πειραματική Φυσική από τον Hendrik  Lorentz. 

Το 1890 έγινε βοηθός του Lorentz και του δόθηκε η ευκαιρία να συμμετάσχει σε ένα μεγάλο ερευνητικό πρόγραμμα που περιελάμβανε τη μελέτη του φαινομένου Kerr, μια εργασία που θα αποτελούσε ένα σημαντικό θεμέλιο στη μελλοντική του σπουδαία δουλειά.  
Το κύριο θέμα της έρευνας του Zeeman αφορούσε πάντοτε τα οπτικά φαινόμενα.

O Pieter Zeeman με τις δύο κόρες του (αρ. και δεξ.).
Στη μέση η Jaantje Logher Goudsmit, κόρη του S. Goudsmit.
(αρχείο AIP Emilio Segrè Visual Archives, Goudsmit Collection)

Η πρώτη του εργασία με τίτλο "Mesures relatives du phénomène de Kerr" ("Μετρήσεις σχετικές με το φαινόμενο του Κερ") έγινε το 1892 και βραβεύτηκε με χρυσό μετάλλιο από την Dutch Society of Sciences (Ολλανδική Ένωση Επιστημών) στο Haarlem. 

Το 1893, αφού πήρε το διδακτορικό του με παρόμοιο θέμα, έφυγε για το "Ινστιτούτο F. Kohlrausch" στο Πανεπιστήμιο του Στρασβούργου, όπου για ένα εξάμηνο εργάστηκε δίπλα στον Εmil Cohn. 

Στο Στρασβούργο μελέτησε τη διάδοση και την απορρόφηση ηλεκτρικών κυμάτων σε υγρά. 

Φωτογραφία με φασματικές γραμμές που πήρε ο Zeeman 
παρατηρώντας το φαινόμενο που φέρει τ' όνομά του.

Το 1894 επέστρεψε στο Leyden και από το 1895 έως το 1897 εργάστηκε ως "privaat-docent" ("εξωπανεπιστημιακός λέκτορας").

Το 1895 ο Zeeman παντρεύτηκε τη Johanna Elisabeth Lebret με την οποία απέκτησαν ένα γιο, τον Jan και τρεις κόρες, τις Johanna Elisabeth, Elisabeth και Wilhelmina. 

Το βασικό έργο του Zeeman, που ξεκίνησε το καλοκαίρι του 1896, ήταν η μελέτη της επίδρασης του μαγνητισμού στη φύση της ακτινοβολίας του φωτός, ένα θέμα που αποτέλεσε λογική συνέχεια της έρευνας του για το φαινόμενο Kerr. 

Το δίπλωμα που πήρε ο Pieter Zeeman κατά την
απονομή του Νόμπελ Φυσικής το 1902. 
(Μουσείο Boerhaave, Leiden)

Η ανακάλυψη του αποκαλούμενου "φαινόμενο Zeeman", για το οποίο του απονεμήθηκε το βραβείο Νόμπελ, ανακοινώθηκε με δύο διαφορετικές εργασίες στη Βασιλική Ακαδημία Επιστημών του Άμστερνταμ, πρώτα το 1896 από τον H. Kamerlingh Onnes και στη συνέχεια το 1897 από τον J.D. van der Waals.

(Τι είναι το φαινόμενο Zeeman; Κατά τη παρουσία ενός μαγνητικού πεδίου τα ενεργειακά επίπεδα των ατόμων, των ιόντων και των μορίων διαχωρίζονται σε περισσότερα από ένα επίπεδα. Αυτό αναγκάζει τις φασματικές γραμμές εκπομπής να διαχωριστούν επίσης σε περισσότερες από μια γραμμές, με τον αριθμό των διαχωρισμών να είναι ανάλογος με την ισχύ του μαγνητικού πεδίου. Αυτό ονομάζεται φαινόμενο Zeeman και η αντίστοιχη αύξηση στον αριθμό των φασματικών γραμμών καλείται διαχωρισμός Zeeman.

Κατά συνέπεια, μπορούμε να συμπεράνουμε την παρουσία μαγνητικών πεδίων εάν βλέπουμε στο φάσμα το διαχωρισμό Zeeman, και μπορούμε να μετρήσουμε την ισχύ του πεδίου με το να μετρήσουμε την ποσότητα των γραμμών λόγω φαινομένου Zeeman.)

Ο τίτλος της πρώτης εργασίας ήταν "Over den Invloed eener Magnetisatie op den Aard van het door een Stof uitgezonden Licht" ("Σχετικά με την επίδραση του μαγνητισμού στη φύση του φωτός που εκπέμπεται από μια ουσία") και της δεύτερης "Over Doubletten en Tripletten in het Spectrum teweeggebracht door Uitwendige Magnetische Krachten" ("Σχετικά με τις διπλές και τριπλές (γραμμές) στο φάσμα που προκαλείται από εξωτερικές μαγνητικές δυνάμεις").

Pieter Zeeman και Niels Bohr.

Η σημασία της ανακάλυψης του Zeeman ήταν πολύ σημαντική, επειδή επιβεβαίωσε  αφενός τα θεωρητικά συμπεράσματα του Lorentz σχετικά με το πολωμένο φως που εκπέμπεται με την επίδραση μαγνητικού πεδίου, αφετέρου ότι τα ταλαντούμενα σωματίδια (που κατά τον Lorentz ήταν η πηγή της εκπομπής του φωτός) ήταν αρνητικά φορτισμένα και χίλιες φορές ελαφρύτερα από το άτομο του υδρογόνου. Έτσι, όταν τον επόμενο χρόνο ο J.J. Thomson ανακάλυψε την ύπαρξη ελεύθερων ηλεκτρονίων υπό μορφή καθοδικών ακτίνων, το φαινόμενο Zeeman έγινε ένα σημαντικό εργαλείο για τη διερεύνηση της δομής του ατόμου.

Το φαινόμενο Zeeman όχι μόνο έριξε φως στον μηχανισμό της ακτινοβολίας φωτός και στη φύση της ύλης και του ηλεκτρισμού, αλλά η τεράστια σημασία του έγκειται στο γεγονός ότι προσέφερε τα μέσα για την αποκάλυψη της δομής του ατόμου και την εξήγηση της συμπεριφοράς των στοιχείων της ύλης. 

Ελαιογραφία του Pieter Zeeman σε μεγάλη ηλικία.

Ήδη, στη δεύτερη εργασία που προανέφερα, ο Zeeman είχε εκφράσει την άποψη ότι η θεωρία περί της ύπαρξης ισχυρών μαγνητικών πεδίων στην επιφάνεια του Ήλιου (που ήταν αποδεκτή) θα μπορούσε να επαληθευτεί, καθώς εκείνη η περιοχή θα έδινε διαφορετικές φασματικές γραμμές σε σχέση με αυτές που θα προέρχονταν από το κυρίως σώμα του Ήλιου. 

Το 1908, ο αστρονόμος G.E. Hale, διευθυντής του Αστεροσκοπείου του Όρους Wilson, με επιστολή του στον Zeeman επιβεβαίωσε αυτή την άποψη έχοντας πάρει φωτογραφίες που έδειχναν ότι στους ηλιακούς στροβίλους οι φασματικές γραμμές πράγματι φαίνονταν να επηρεάζονται από μαγνητικά πεδία. Ακόμα και η θεωρητική πρόβλεψη σχετικά με την πιθανή αλληλεπίδραση μεταξύ των κατευθύνσεων της πόλωσης και εκείνων των μαγνητικών πεδίων επιβεβαιώθηκε στη συνέχεια από τον Hale.

Ο Pieter Zeeman στέκεται μπροστά στον γλύπτη που
φτιάχνει το μπούστο του (Μουσείο Boerhaave, Leiden).

Το 1897, αφού ήδη ο Zeeman είχε κάνει την ανακάλυψη του μαγνητικού διαχωρισμού των φασματικών γραμμών, κλήθηκε να διδάξει σε μεταπτυχιακό στο Πανεπιστήμιο του Άμστερνταμ. 

Το 1900 διορίστηκε ως έκτακτος καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Άμστερνταμ. 
Το 1902 ο Hendrik Antoon Lorentz και ο Pieter Zeeman μοιράστηκαν το Νόμπελ Φυσικής "για τις έρευνές τους πάνω στην επίδραση του μαγνητισμού σε φαινόμενα ακτινοβολίας".

Το 1908 ο Van der Waals φτάνοντας σε ηλικία 70 ετών συνταξιοδοτήθηκε και ο Zeeman επελέγη ως διάδοχός του, ενώ ταυτόχρονα ανέλαβε ως Διευθυντής του Εργαστηρίου Φυσικής. 

Το 1923, ένα νέο εργαστήριο ειδικά κατασκευασμένο για τον Zeeman τέθηκε στη διάθεσή του. Ένα χαρακτηριστικό του εργαστηρίου ήταν η τεράστια πλατφόρμα από σκυρόδεμα, βάρους 250 τόνων, που βρισκόταν υπερυψωμένη από το έδαφος και ήταν κατάλληλη για πειράματα χωρίς δονήσεις. 

Ο Zeeman στην Κοπεγχάγη, περίπου το 1929.
(αρχείο AIP Emilio Segrè Visual Archives, Goudsmit Collection)

Το Εργαστήριο είναι πλέον γνωστό ως Εργαστήριο Zeeman του Πανεπιστημίου του Άμστερνταμ. Πολλοί διάσημοι επιστήμονες επισκέφθηκαν τον Zeeman ή εργάστηκαν μαζί του για αρκετό καιρό σ' αυτό το εργαστήριο στο οποίο παρέμεινε μέχρι το 1935, όταν πλέον συνταξιοδοτήθηκε.

Ο Pieter Zeeman υπήρξε καταξιωμένος δάσκαλος και ήταν πολύ αγαπητός από τους φοιτητές του.  Ένας από αυτούς ήταν ο Cornelis Bakker, ο οποίος από το 1955 μέχρι τον πρόωρο θάνατό του σε αεροπορικό ατύχημα το 1960, ήταν Γενικός Διευθυντής του CERN, στη Γενεύη. Ένας άλλος που εργάστηκε στο εργαστήριό του ήταν ο S. Goudsmit, ο οποίος το 1925 με τον G.E. Uhlenbeck δημιούργησε την ιδέα της ιδιοπεριστροφής (spin) των ηλεκτρονίων.
Γενικά οι συνδαιτημόνες του θεωρούσαν τον Zeeman ως έναν ευχάριστο  οικοδεσπότη που του άρεσε συχνά να καλεί τους συνεργάτες και τους φοιτητές του να δειπνήσουν μαζί στο σπίτι του.

Το (πρώην) Εργαστήριο Zeeman
στο Πανεπιστήμιο του Αμστερνταμ.

Όμως, οι πειραματικές δραστηριότητες του Zeeman δεν είχαν να κάνουν μόνο με το πεδίο του μαγνητικού διαχωρισμού των φασματικών γραμμών. Επιπλέον ασχολήθηκε με το φαινόμενο Doppler στην οπτική και τις canal rays (ανοδικές ακτίνες). 
Ένα άλλο πεδίο μελέτης ήταν η διάδοση του φωτός σε κινούμενα μέσα. Αυτό το θέμα είχε καταστεί αντικείμενο πολλών ερευνών εξαιτίας της Ειδικής Θεωρίας της Σχετικότητας και ενδιέφερε έντονα τους Lorentz και Αϊνστάιν.
Επίσης, με τον J. de Gier, πέτυχαν να ανακαλύψουν μια σειρά από νέα ισότοπα (μεταξύ άλλων τα ³⁸Ar, ⁶⁴Ni) με την βοήθεια του φασματογράφου μάζας του Thomson. 

Ο Αϊνστάιν στο εργαστήριο του Ζέεμαν στο Άμστερνταμ,
 με τον Πάουλ Έρενφεστ (περ. 1920).
(αρχείο AIP Emilio Segrè Visual Archives, W.F. Meggers Collection, 
Fermi Film Collection)

Ο Zeeman ανακηρύχτηκε επίτιμος διδάκτωρ των Πανεπιστημίων του Göttingen, της Οξφόρδης, της Φιλαδέλφειας, του Στρασβούργου, της Λιέγης, της Γάνδης, της Γλασκώβης, των Βρυξελλών και του Παρισιού. Ήταν επίσης μέλος ή επίτιμο μέλος πολλών Ακαδημιών, συμπεριλαμβανομένης της πολύ σπάνιας διάκρισης του Associate Etranger της Ακαδημίας Επιστημών του Παρισιού. Ήταν επίσης μέλος και πρόεδρος της Διεθνούς Επιτροπής Μέτρων και Σταθμών με έδρα το Παρίσι. 

Το 1898 διορίστηκε μέλος της Βασιλικής Ακαδημίας Επιστημών του Άμστερνταμ και υπηρέτησε ως Γραμματέας του Μαθηματικού-Φυσικού Τμήματος από το 1912 έως το 1920. Τιμήθηκε με αρκετά μετάλλια μεταξύ των οποίων το Μετάλλιο Matteucci (1912), το Μετάλλιο Henry Draper (1921), το Μετάλλιο Rumford (1922), το Μετάλλιο Franklin κλπ.  

Ο Pieter Zeeman και ο Taco de Bruin έξω από το εργαστήριο
Φυσικής στο Άμστερνταμ (27 Αυγούστου 1938).
(αρχείο AIP Emilio Segrè Visual Archives, W. F. Meggers Collection)

Προς τιμή του δόθηκε το όνομά του σ' έναν κρατήρα (Zeeman crater) στο νότιο ημισφαίριο της Σελήνης και σ' έναν αστεροειδή (29212 Zeeman) που ανακαλύφθηκε το 1991.

Εκτός από τον τομέα των επιστημονικών του ενασχολήσεων, ο Zeeman έδειχνε επίσης μεγάλο ενδιαφέρον για τη λογοτεχνία και το θέατρο. 

Ο οικογενειακός τάφος Zeeman στο Χάαρλεμ.

Ο Pieter Zeeman πέθανε στο Άμστερνταμ μετά από σύντομη ασθένεια, στις 9 Οκτωβρίου 1943, σε ηλικία 78 ετών.  Τάφηκε στο κοιμητήριο Kleverlaan, στο Χάαρλεμ.

• Βίντεο με πειραματική παρουσίαση του φαινομένου Zeeman από την ιστοσελίδα  Applied Science (αγγλικά, 12:02).

Πηγή: Today in Science History, Wikipedia, Nobelprize