O artigo de Robert A. Millikan de 1916 sobre a medição da constante de Planck foi dramático em sua época (1). Hoje presta-se a leituras diferentes, mas complementares – o julgamento dos físicos de que o trabalho period digno do Prémio Nobel e a visão histórica que oferece sobre as lutas que Millikan enfrentou para aceitar a própria teoria quântica que estava a validar.
Embora já se soubesse há muito tempo que a luz que incide sobre superfícies metálicas pode ejetar elétrons delas (o efeito fotoelétrico), Millikan foi o primeiro a determinar com grande precisão que a energia cinética máxima dos elétrons ejetados obedece à equação que Einstein havia proposto. em 1905: a saber, (1/2)mv2 = h – Ponde h é a constante de Planck, a frequência da luz incidente, e P é, nas palavras de Millikan, “o trabalho necessário para retirar o elétron do metallic”. Millikan determinado h ter o valor 6,57 × 10–27 erg-segundo para “uma precisão de cerca de 0,5 por cento”, um valor muito melhor do que o obtido em qualquer tentativa anterior.
O sucesso de Millikan deveu-se sobretudo a um dispositivo engenhoso que ele chamou de “uma oficina mecânica no vácuo.” Uma faca giratória afiada, controlada de fora do recipiente de vidro evacuado por meios eletromagnéticos, limparia a superfície do metallic usado antes de expô-lo ao feixe de luz monocromática. A energia cinética dos fotoelétrons foi encontrada medindo a energia potencial do campo elétrico necessária para detê-los – aqui Millikan foi capaz de usar com segurança o valor exclusivamente preciso para a carga e do elétron que ele havia estabelecido com seu experimento com a gota de óleo em 1913.
Transparecendo em tudo isso estão as características típicas de Millikan como experimentador e pessoa: sua propensão para experimentar em uma área que envolve a questão mais quente do momento, sua persistência enérgica (este artigo foi o culminar do trabalho que ele havia começado em 1905) e sua paixão por obtendo resultados de grande precisão. Em suma, a experiência de Millikan foi um trabalho triunfante, da maior importância na sua época, e merecedor de ser citado como parte do seu Prémio Nobel em 1923, atribuído “pelo seu trabalho sobre a carga elementar da electricidade e o efeito fotoeléctrico”.
Para o historiador, o quantity em que apareceu o artigo de Millikan mostra que a física na América ainda period uma mistura. Outros artigos mostram que a principal atenção naquela época é a parte experimental da ciência, na qual os americanos foram durante muito tempo considerados os mais interessados e mais competentes. Mas o quantity como um todo indica que grande parte do trabalho realizado em física neste país nos primeiros anos deste século ainda period limitado e pouco ambicioso, tendendo mesmo, por exemplo, a descer a longas descrições de melhorias em equipamentos básicos. .
Num artigo anterior (janeiro de 1916) no mesmo quantity, Millikan escreve emblem na primeira frase que “a equação fotoelétrica de Einstein… não pode, na minha opinião, ser considerada atualmente como apoiada em qualquer tipo de fundamento teórico satisfatório”, embora “ na verdade, representa com muita precisão o comportamento” da fotoeletricidade. Na verdade, o artigo de Millikan sobre a constante de Planck mostra claramente que ele se está a distanciar enfaticamente da tentativa de Einstein, em 1905, de acoplar efeitos fotográficos a uma forma de teoria quântica. O que hoje chamamos de fóton period, na opinião de Millikan, “(a) hipótese ousada, para não dizer imprudente” – imprudente porque period contrária a conceitos clássicos de que a luz period um fenômeno de propagação de ondas. Portanto, o artigo de Millikan não é, de forma alguma, como seria de esperar agora, uma prova experimental da teoria quântica da luz.
Em 1912, Millikan deu uma palestra na reunião de Cleveland da Associação Americana para o Avanço da Ciência, reunida em conjunto com a Sociedade Americana de Física, na qual ele claramente se considerava o apresentador adequado da teoria da radiação de Planck. Com sua routine autoconfiança, Millikan confessou que uma teoria corpuscular da luz period para ele “totalmente impensável”, inconciliável, na sua opinião, com os fenômenos de difração e interferência. Em suma, o artigo clássico de Millikan de 1916 pretendia puramente ser a verificação da equação de Einstein para o efeito fotoelétrico e a determinação de hsem aceitar nenhuma das implicações “radicais” que hoje parecem tão naturais.
Quando o Prémio Nobel de Millikan aconteceu, o seu discurso Nobel continha passagens que mostravam a sua luta contínua com o significado da sua própria realização: “Este trabalho resultou, contrariamente à minha própria expectativa, na primeira prova experimental directa… da equação de Einstein e da primeira determinação fotoelétrica direta do Planck h.”
No entanto, é difícil encontrar qualquer base publicada nos artigos experimentais de Millikan sobre essa luta com as suas próprias expectativas. Seu conflito interno period de um tipo um tanto diferente; enquanto Millikan admitiu que a equação fotoelétrica de Einstein foi “estabelecida experimentalmente… a concepção de quanta de luz localizada a partir da qual Einstein obteve sua equação ainda deve ser considerada longe de ser estabelecida”. Ironicamente, foi a experiência de Millikan que convenceu o comité de tendência experimentalista em Estocolmo a admitir Einstein naquele seleto círculo em 1922.
Uma ironia last: em 1950, aos 82 anos, Millikan publicou sua autobiografia, com o capítulo 9 intitulado simplesmente “A Prova Experimental da Existência do Fóton – A Equação Fotoelétrica de Einstein”. A essa altura, Millikan já havia chegado a um acordo com o fóton. Além disso, ele evidentemente mudou de ideia sobre o que havia feito por volta de 1916, pois agora escrevia que, à medida que os dados experimentais se tornavam claros em seu laboratório, eles “provavam de forma simples e irrefutável, pensei, que o elétron emitido que escapa com a energia h obtém essa energia pela transferência direta de h unidades de energia da luz até o elétron e, portanto, dificilmente permite qualquer outra interpretação além daquela que Einstein havia sugerido originalmente, a saber, a da própria teoria semicorpuscular ou fóton da luz.”
No last, Millikan reinventou a complexa história pessoal de seu esplêndido experimento para se adequar à história simples contada em muitos de nossos livros de física.
–Gerald Holton
Gerald Holton é professor de física e de história da ciência na Universidade de Harvard.
Referências
RA Millikan, “Uma determinação fotoelétrica direta da ‘de Planck’eh”, Física. Rev.7355 (1916).
