Τετάρτη, 13 Ιανουαρίου 2021

Σαν σήμερα... 1864, γεννήθηκε ο Wilhelm Wien που διατύπωσε το νόμο της μετατόπισης.


Wilhelm Carl Werner Otto Fritz Franz Wien

Σαν σήμερα, στις 13 Ιανουαρίου 1864, γεννήθηκε ο Wilhelm Carl Werner Otto Fritz Franz Wien  (Γουίλχεμ ... .... Βιν) στο χωριό Gaffken (σήμερα Parusnoye) κοντά στο Fischhausen 
(σήμερα  Primorsk) της περιοχής του Kaliningrad της Ρωσίας, της τότε Ανατολικής Πρωσίας .
Ήταν το μοναδικό παιδί του κτηματία Carl Wien και της συζύγου του Caroline Gertz.
Το 1866 η οικογένεια Wien μετακόμισε σε μια μικρή φάρμα στο Drachenstein, κοντά στο  Rastenburg (σημ. Rastembork ανήκει στην Πολωνία). 

Όπως ήταν συνηθισμένο εκείνη την εποχή, τα πρώτα μαθήματα τα έκανε ιδιωτικά στο σπίτι με μία δασκάλα, στα γαλλικά. Ήταν σε θέση να μιλάει γαλλικά, πριν μάθει να γράφει τη μητρική του γλώσσα. Το 1879 γράφτηκε σε σχολείο του Rastenburg, απ' όπου όμως σύντομα απομακρύνθηκε λόγω του χαμηλού επίπεδου εκπαίδευσης που είχε. Αργότερα, το 1880, παρακολούθησε το σχολείο της πόλης  Königsberg (σήμερα Kaliningrad, ανήκει στη Ρωσία) απ΄όπου αποφοίτησε το 1882.
Την ίδια χρονιά γράφτηκε στο Πανεπιστήμιο του Göttingen για να σπουδάσει μαθηματικά και φυσικές επιστήμες, ενώ παράλληλα γράφτηκε στο Πανεπιστήμιο του Βερολίνου για να σπουδάσει φυσική (το γερμανικό εκπαιδευτικό σύστημα παρείχε τέτοιες δυνατότητες). 
Από το 1883 μέχρι το 1885 σπούδασε στο Πανεπιστήμιο του Βερολίνου υπό την εποπτεία του  Hermann von Helmholtz, εργαζόμενος συγχρόνως στο εργαστήριό του.
Το 1886 πήρε το διδακτορικό του με εργασία πάνω στη διάθλαση του φωτός σε μέταλλα και την επίδραση διαφόρων υλικών στο χρώμα του διαθλώμενου φωτός.

Ο Γουίλχεμ Βιν την εποχή που ήταν φοιτητής.

Μετά το διδακτορικό του, ο Γουίλχεμ επέστρεψε στην οικογενειακή φάρμα, επειδή ο πατέρας του ήταν άρρωστος και στο μεταξύ η φάρμα είχε πάθει ζημιές από πυρκαγιά. Τα επόμενα τέσσερα χρόνια, παράλληλα με την προσωπική του μελέτη στη φυσική, ασχολήθηκε με τη φάρμα. Το 1887 υπήρξε ένα εξάμηνο διάλειμμα που το πέρασε δίπλα στον Helmholtz κάνοντας πειράματα σχετικά με τη διαπερατότητα των μετάλλων στο φως και τη θερμική ακτινοβολία. 
Το 1890, μη έχοντας καταφέρει να ορθοποδήσει την οικογενειακή φάρμα, αναγκάστηκε να την πουλήσει. Την ίδια χρονιά επέστρεψε στο εργαστήριο του Helmholtz στο καινούριο Ινστιτούτο Φυσικής στο Charlottenburg. Ο ίδιος ο Helmholtz είχε γίνει Πρόεδρος του Physikalisch-Technische Reichsanstalt, που ιδρύθηκε για τη μελέτη των βιομηχανικών προβλημάτων. 

Εκείνη την εποχή οι εργαστηριακές μετρήσεις έδειχναν ότι καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία ενός σώματος, το μήκος κύματος λmax φαίνεται να ελαττώνεται. Στο επίπεδο της παρατήρησης, αν σε κάποια θερμοκρασία γύρω στους 700 0C ένα μεταλλικό σώμα εκπέμπει δικό του φως, αυτό είναι κόκκινο, σε υψηλότερη θερμοκρασία, στο εκπεμπόμενο φως κυριαρχούν μικρότερα μήκη κύματος και το χρώμα δείχνει να είναι προς το λευκό. 
Το 1893 ο Βιν βασιζόμενος στις δικές του ακριβείς μετρήσεις υποστήριξε ότι το "λmax είναι αντιστρόφως ανάλογο της θερμοκρασίας" (λmax.T = σταθ.). Ο κανόνας αυτός έχει επικρατήσει να λέγεται Wiensche Verschiebungsgesetz - Νόμος μετατόπισης του Wien. 

Το κτίριο του RWTH στις αρχές του 20ου αιώνα.

Το 1896 ο Βιν κατέληξε εμπειρικά στο νόμο για την ακτινοβολία του μέλανος σώματος (νόμος του Wien). Ο Max Planck, που ήταν συνεργάτης του Βιν, μη πιστεύοντας εμπειρικούς νόμους, πρότεινε μια θεωρητική βάση για το νόμο του Βιν στηριζόμενος στον ηλεκτρομαγνητισμό και τη θερμοδυναμική, με αποτέλεσμα να γίνει ο νόμος Wien-Planck.
Ωστόσο, ο νόμος του Βιν ήταν έγκυρος μόνο σε υψηλές συχνότητες, ενώ σε χαμηλές συχνότητες  παρουσίαζε υποτίμηση της ακτινοβολίας. Ο Planck διόρθωσε τη θεωρία και πρότεινε αυτό που σήμερα ονομάζεται νόμος του Planck. Αυτή η θεωρία οδήγησε στην ανάπτυξη της κβαντικής θεωρίας.

Από το 1896 μέχρι το 1899 ο Βιν υπηρέτησε στη σχολή Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule (RWTH) στο Aix-la-Chapelle (Πανεπιστήμιο του Άαχεν) διαδεχόμενος τον Philipp Lenard. Εκεί συνεργάστηκε με τον Ludwig Holborn σε μεθόδους μέτρησης υψηλών θερμοκρασιών με τα θερμοζεύγη Le Chatelier. Συγχρόνως έκανε θεωρητική εργασία στη θερμοδυναμική, ειδικά στους νόμους που αφορούν την ακτινοβολία της θερμότητας.
Όταν ο Βιν μετακόμισε στο Aix-la-Chapelle για να διαδεχθεί τον Lenard, βρήκε εκεί ένα εργαστήριο εξοπλισμένο για τη μελέτη των ηλεκτρικών εκκενώσεων στο κενό και το 1897 άρχισε να εργάζεται πάνω στη φύση των καθοδικών ακτίνων.

Η σύζυγος του Βιν, Luise.

Χρησιμοποιώντας ένα σωλήνα πολύ υψηλού κενού με παράθυρο Lenard, επιβεβαίωσε την ανακάλυψη που είχε κάνει πριν δύο χρόνια ο Jean Perrin, ότι οι καθοδικές ακτίνες αποτελούνται από ταχέως κινούμενα, αρνητικά φορτισμένα σωματίδια (ηλεκτρόνια). Και τότε, σχεδόν την ίδια εποχή με τον J.J. Thomson που εργαζόταν στο Κέιμπριτζ, αλλά με διαφορετική μέθοδο, μέτρησε τη σχέση του ηλεκτρικού φορτίου με τη μάζα (λόγος φορτίου προς μάζα) σε αυτά τα σωματίδια. Ο Βιν κατέληξε στο ίδιο συμπέρασμα με τον Thomson, ότι αυτά τα σωματίδια ήταν περίπου δύο χιλιάδες φορές ελαφρύτερα από τα άτομα του υδρογόνου.
Η μέθοδος που χρησιμοποιήθηκε από τον Βιν οδήγησε, περίπου 20 χρόνια αργότερα, στη γνωστή φασματογραφία μαζών, η οποία κατέστησε δυνατή την ακριβή μέτρηση των μαζών των διάφορων ατόμων και των ισοτόπων τους. Με αυτό τον τρόπο έγινε δυνατός ο υπολογισμός των ενεργειών που απελευθερώνονται από τις πυρηνικές αντιδράσεις.

Το 1898, όταν ο Βιν  μελετούσε ρεύματα ιονισμένου αερίου (canal rays - ανοδικές ακτίνες) που είχε ανακαλύψει ο Eugen Goldstein, διαπίστωσε την ύπαρξη φορτισμένων σωματιδίων. Μέτρησε την απόκλιση τους από μαγνητικά και ηλεκτρικά πεδία και κατέληξε στο συμπέρασμα ότι αποτελούνται από θετικά φορτισμένα σωματίδια πολύ βαρύτερα από τα ηλεκτρόνια. Τελικά, τα σωματίδια ήταν αυτά, που αργότερα το 1919, ανακάλυψε ο  Rutherford  και τα ονόμασε πρωτόνια. 

Το 1898, ο Βιν παντρεύτηκε την Luise Mehler (1877 - 1961) που ήταν από το Aix-la-Chapelle. Το ζευγάρι απέκτησε 4 παιδιά. Την Hildegard, τον Karl (1906 - 1937),  την Waltraut (1913 - 2004) και την Gerda.

Το μετάλλιο που πήρε ο Βιν για το Βραβείο Νόμπελ.

Το 1899 διορίστηκε Καθηγητής Φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Giessen.
Το 1900 πήγε στο Πανεπιστήμιο του Würzburg και έγινε διάδοχος του Wilhelm Röntgen στην έδρα Φυσικής. Αυτή τη χρονιά δημοσίευσε την εργασία του "Lehrbuch der Hydrodynamik" ("Εγχειρίδιο Υδροδυναμικής").
Ο Γουίλχεμ Βιν έμενε με την οικογένειά του στην οδό Röntgenring 8, στον επάνω όροφο του ινστιτούτου όπου εργαζόταν (τώρα εκεί είναι το πανεπιστημιακό κάμπους). Όσο ήταν στο Würzburg (έμεινε 20 χρόνια εκεί) του δόθηκε η δυνατότητα να ταξιδέψει σε πολλές χώρες της Ευρώπης -Νορβηγία, Ισπανία, Αγγλία (1904), Ιταλία, Ελλάδα (1912), Βαλτικές χώρες (1918, έδωσε μερικές διαλέξεις εκεί). Όταν δεν ασχολείτο με τη φυσική, αφιέρωνε χρόνο στα αντικείμενα που η μητέρα του είχε στρέψει το ενδιαφέρον του, στην ξένη λογοτεχνία, την ιστορία και την τέχνη.

Το 1902 προσκλήθηκε να αντικαταστήσει τον Ludwig Boltzmann ως καθηγητής Φυσικής στο Πανεπιστήμιο της Λειψίας και τo 1906 προσκλήθηκε ως διάδοχος του Paul Drude στο Πανεπιστήμιο του Βερολίνου, αλλά ο Βιν αρνήθηκε να αποδεχτεί και τις δύο προτάσεις.

Το 1911 ο Βιν πήρε το βραβείο Νόμπελ Φυσικής "για τις ανακαλύψεις του που οδήγησαν στους νόμους που διέπουν την ακτινοβολία της θερμότητας".

Ο Βιν το 1913 όταν έγινε πρύτανης στο Würzburg.

Στο διάστημα 1913-14 έγινε πρύτανης του Πανεπιστημίου του Würzburg. Τον Απρίλιο του 1913 ταξίδεψε στις ΗΠΑ κι έδωσε 6 διαλέξεις για ζητήματα θεωρητικής φυσικής στο Πανεπιστήμιο Columbia. Επίσης, επισκέφτηκε τα Πανεπιστήμια Harvard και Yale, όπως και την πρωτεύουσα Ουάσιγκτον. 

Το 1918 δημοσίευσε εργασίες σχετικά με τη μέτρηση της προοδευτικής μείωσης της φωτεινότητας των ανοδικών ακτίνων μετά την έξοδό τους από τον σωλήνα και από αυτά τα πειράματα συνήγαγε αυτό που η κλασική φυσική αποκαλεί αποσύνθεση των φωτεινών δονήσεων στα άτομα και η οποία στην κβαντική φυσική αντιστοιχεί  στην περιορισμένη διάρκεια των διεγερμένων καταστάσεων των ατόμων.
Με βάση όλα τα παραπάνω, μπορούμε να πούμε ότι το έργο του Βιν συνέβαλε στη μετάβαση από τη νευτώνεια στην κβαντική φυσική. Όπως έγραψε ο Max von Laue για τον Βιν, η "μεγάλη δόξα" του ήταν ότι "μας οδήγησε στις πύλες της πρώιμης κβαντικής φυσικής".

Το 1920 ο Βιν έγινε καθηγητής Φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Μονάχου αντικαθιστώντας και πάλι τον Roentgen. Στο ίδιο πανεπιστήμιο έγινε πρύτανης από το 1925 μέχρι το 1926. Στην περίοδο που ήταν στο Μόναχο επιμελήθηκε την κατασκευή ενός καινούριου ινστιτούτου φυσικής. 
Στο διάστημα από το 1906 μέχρι το θάνατό του, το 1928, ήταν συνεκδότης του γερμανικού επιστημονικού περιοδικού Annalen der Physik.

Ο τάφος της οικογένειας του Wilhelm Wien. 
Αριστερά διακρίνεται η προτομή του γιου Karl και δεξιά
της κόρης Waltraut.

Ο Γουίλχεμ Βιν πέθανε ξαφνικά στο Μόναχο, στις 30 Αυγούστου 1928, σε ηλικία 64 ετών. Ο τάφος όλης της οικογένειας Βιν βρίσκεται στο νεκροταφείο Waldfriedhof του Μονάχου.

Τιμήθηκε με την εκλογή του ως μέλος πολλών Ακαδημιών (Berlin Academy of Science, Göttingen Academy of Sciences, Austrian Academy of Sciences, Swedish Academy of Sciences, Norwegian Academy of Science and Letters, National Academy of Sciences στη Washington και Physical Society of Frankfurt-on-Main).
Ο Max Planck, που συνεργάστηκε με τον Βιν, έγραψε γι' αυτόν: "Ίσως, υπάρχουν πολύ λίγοι φυσικοί που είναι εξίσου έμπειροι, τόσο στις πειραματικές όσο και στις θεωρητικές πλευρές του ιδιαίτερου πεδίου (που ασχολούνται), όπως ο Willy Wien και στο μέλλον θα γίνεται όλο και πιο σπάνιο για έναν επιστήμονα να κάνει ανακαλύψεις τέτοιας ποικιλίας όπως αυτή του νόμου για τη μετατόπιση της θερμικής ακτινοβολίας και αυτή για τη φύση των ανοδικών ακτίνων."
  • Η ομιλία του Γουίλχεμ Βιν ("On the Laws of Thermal Radiation" - "Σχετικά με τους Νόμους της Θερμικής Ακτινοβολίας") στην τελετή της βράβευσής του με το Νόμπελ Φυσικής (11 Δεκεμβρίου 1911).
  • Τα αρχεία του Γουίλχεμ Βιν στο Deutsches Museum του Μονάχου.
  • Ο Hans Bethe για τον Γουίλχεμ Βιν (αγγλικά, 2:48).
  • Βίντεο για την εξήγηση του νόμου του Wien (αγγλικά, 4:05) από τη Zenergy Films.

Δεν υπάρχουν σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου