Войти
| Джеймс Франк | |
|---|---|
 | |
| Родился | (1882-08-26) 26 августа 1882 г.. Гамбург, Германская империя |
| Умер | 21 мая 1964 (1964-05-21) (81 год). Геттинген, Западная Германия |
| Национальность | Немец |
| Гражданство | Германия. США |
| Alma mater | Гейдельбергский университет. Берлинский университет |
| Известен как | Франк –Кондонский принцип. эксперимент Франка – Герца. Отчет Франка |
| Награды |
|
| Научная карьера | |
| Филдс | Физика |
| Учреждения | Берлинский университет. Геттингенский университет. Университет Джона Хопкинса. Чикагский университет. Металлургическая лаборатория |
| Диссертация | Über die Beweglichke it der Ladungsträger der Spitzenentladung (1906) |
| Консультант | Эмиль Габриэль Варбург. Поль Друде |
| Докторанты | Вильгельм Ханле. Артур Р. фон Хиппель. Теодор Пак |
Джеймс Франк (26 августа 1882 - 21 мая 1964) был немецким физиком, получившим в 1925 Нобелевскую премию по физике вместе с Густавом Герцем. «За открытие законов, управляющих воздействием электрона на атом». Он получил докторскую степень в 1906 году и свою степень в 1911 году в Университете Фредерика Уильяма в Берлине, где он читал лекции и преподавал до 1918 года, достигнув должности экстраординарный профессор. Он служил добровольцем в немецкой армии во время Первой мировой войны. Он был тяжело ранен в 1917 году в результате газовой атаки и был награжден Железным крестом 1-й степени.
Франк стал главой физического отдела Kaiser Wilhelm Gesellschaft по физической химии. В 1920 году Франк стал ординарным профессором экспериментальной физики и директором Второго института экспериментальной физики в Геттингенском университете. Там он работал над квантовой физикой с Максом Борном, который был директором Института теоретической физики. Его работа включала эксперимент Франка – Герца, важное подтверждение модели Бора атома . Он способствовал карьерному росту женщин-физиков, в частности Лиз Мейтнер, Герта Спонер и Хильде Леви.
После того, как нацистская партия пришла к власти в В Германии в 1933 году Франк ушел со своего поста в знак протеста против увольнения коллег-ученых. Он помогал Фредерику Линдеману в поиске работы за границей уволенным еврейским ученым, прежде чем он покинул Германию в ноябре 1933 года. Проработав год в Институте Нильса Бора в Дании, он переехал в США, где работал в Университете Джона Хопкинса в Балтиморе, а затем в Чикагском университете. В этот период он заинтересовался фотосинтезом.
Франк участвовал в Манхэттенском проекте во время Второй мировой войны в качестве директора химического отдела Металлургической лаборатории. Он также был председателем Комитета по политическим и социальным проблемам в отношении атомной бомбы, которая наиболее известна составлением Доклада Франка, в котором рекомендовалось, чтобы атомные бомбы не использовались. используется в японских городах без предупреждения.
Джеймс Франк родился в Гамбурге, Германия, 26 августа 1882 года в еврейской семье, второй ребенок и первый сын Якоба Франка, банкира, и его жены Ребекки, урожденной Нахум Друкер. У него была старшая сестра Паула и младший брат Роберт Бернар. Его отец был набожным и религиозным человеком, а его мать происходила из семьи раввинов. Франк учился в начальной школе в Гамбурге. Начиная с 1891 года он посещал Гимназию Вильгельма, которая тогда была школой только для мальчиков.
В Гамбурге тогда не было университета, поэтому будущим студентам приходилось посещать один из 22 университетов в других местах. Германия. Намереваясь изучать право и экономику, Франк поступил в Гейдельбергский университет в 1901 году, поскольку там была известная юридическая школа. Он посещал лекции по праву, но гораздо больше интересовался научными. Там он встретил Макса Борна, который стал другом на всю жизнь. С помощью Борна он смог убедить своих родителей позволить ему перейти на изучение физики и химии. Франк посещал лекции по математике Лео Кенигсбергера и Георга Кантора, но Гейдельберг не был силен в физических науках, поэтому он решил поступить в Университет Фредерика Уильяма в Берлин.
В Берлине Франк слушал лекции Макса Планка и Эмиля Варбурга. 28 июля 1904 года он спас пару детей от утопления в реке Шпрее. Для своего доктора философии (реж. Философ.) Под руководством Варбурга Варбург предложил ему изучить коронный разряд. Франк нашел эту тему слишком сложной, поэтому он сменил фокус своей диссертации. Названный Über der Beweglichkeit Ladungsträger der Spitzenentladung ("О подвижности ионов "), он впоследствии будет опубликован в Annalen der Physik.
. После завершения диссертации Франк должен был выполнить отложенную военная служба. Он был призван 1 октября 1906 года и вступил в 1-й телеграфный батальон. В декабре он попал в небольшую аварию, вызванную верховой ездой, и был выписан как негодный. Он устроился ассистентом в Physikalische Verein в Франкфурте в 1907 году, но ему это не понравилось, и вскоре он вернулся в Университет Фредерика Уильяма. На концерте Франк познакомился со шведской пианисткой Ингрид Джозефсон. Они поженились на шведской церемонии в Гётеборге 23 декабря 1907 года. У них было две дочери, Дагмар (Дагги), родившаяся в 1909 году, и Элизабет (Лиза), родившаяся в 1912 году.
Чтобы продолжить академическую карьеру в Германии, недостаточно иметь докторскую степень; нужен был venia legendi, или хабилитация. Это может быть достигнуто либо с помощью другого крупного тезиса, либо путем создания значительного объема опубликованных работ. Франк выбрал второй путь. В то время в физике было много нерешенных проблем, и к 1914 году он опубликовал 34 статьи. Он был единственным автором некоторых, но обычно предпочитал работать в сотрудничестве с Евой фон Бахр, Лизой Мейтнер, Робертом Полом, [de ], Роберт В. Вуд, Артур Венельт или Вильгельм Вестфаль. Наиболее плодотворным было его сотрудничество с Густавом Герцем, с которым он написал 19 статей. Он получил хабилитацию 20 мая 1911 года.
Анодный ток (условные единицы) в зависимости от напряжения сети (относительно катода). Этот график основан на оригинальной статье Франка и Герца 1914 года. В 1914 году Франк объединился с Герцем для проведения эксперимента по исследованию флуоресценции. Они разработали вакуумную трубку для изучения энергичных электронов, которые пролетали через тонкий пар атомов ртути. Они обнаружили, что когда электрон сталкивается с атомом ртути, он может потерять только определенное количество (4,9 электрон-вольт ) своей кинетической энергии перед тем, как улететь. Более быстрый электрон не замедляется полностью после столкновения, но теряет точно такое же количество своей кинетической энергии. Более медленные электроны просто отскакивают от атомов ртути, не теряя при этом значительной скорости или кинетической энергии.
Эти экспериментальные результаты подтвердили фотоэлектрический эффект Альберта Эйнштейна и соотношение Планка ( E = fh), связывающий энергию (E) и частоту (f), возникающую в результате квантования энергии, с постоянной Планка (h). Но они также предоставили доказательства, подтверждающие модель атома, предложенную в прошлом году Нильсом Бором. Его ключевой особенностью было то, что электрон внутри атома занимает один из «квантовых энергетических уровней» атома. Перед столкновением электрон внутри атома ртути занимает свой самый низкий доступный энергетический уровень. После столкновения электрон внутри занимает более высокий энергетический уровень, на 4,9 электронвольта (эВ) больше энергии. Это означает, что электрон более слабо связан с атомом ртути. Не было никаких промежуточных уровней или возможностей.
Во второй статье, представленной в мае 1914 года, Франк и Герц сообщили об излучении света атомами ртути, которые поглощали энергию от столкновений. Они показали, что длина волны этого ультрафиолетового света точно соответствует энергии 4,9 эВ, которую потерял летящий электрон. Связь энергии и длины волны также была предсказана Бором. Франк и Герц вместе завершили свою последнюю работу в декабре 1918 года. В ней они согласовали расхождения между своими результатами и теорией Бора, которые они теперь признали. В своей Нобелевской лекции Франк признал, что «совершенно непонятно, что мы не смогли признать фундаментальное значение теории Бора, настолько, что мы даже ни разу не упомянули о ней». 10 декабря 1926 года Франк и Герц были удостоены Нобелевской премии по физике 1925 года «за открытие законов, управляющих воздействием электрона на атом».
Франк был зачислен в немецкую армию вскоре после начала Первой мировой войны в августе 1914 года. В декабре он был отправлен в Пикардию сектор Западного фронта. Он стал заместителем офицера (offizierstellvertreter ), а затем лейтенантом (leutnant ) в 1915 году. В начале 1915 года он был переведен в новое подразделение Фрица Хабера. это будет использовать облака газообразного хлора в качестве оружия. Вместе с Отто Ханом он отвечал за обнаружение мест для атак. Он был награжден Железным крестом второй степени 30 марта 1915 года, а город Гамбург наградил его Ганзейским крестом 11 января 1916 года. Находясь в больнице с плевритом., он был соавтором еще одной научной статьи с Герцем, и 19 сентября 1916 года он был назначен доцентом в Университете Фредерика Уильяма. Направленный на русский фронт, он приехал с дизентерия. Он вернулся в Берлин, где он присоединился к Hertz, Westphal, Hans Geiger, Otto Hahn и другим в Институте физической химии и электрохимии им. Кайзера Вильгельма Габера, работая над развитием противогазы. Он был награжден Железным крестом первой степени 23 февраля 1918 года. Он был демобилизован из армии 25 ноября 1918 года, вскоре после окончания войны.
С окончанием войны институт кайзера Вильгельма Габера вернулся в свою деятельность. исследования, и Хабер предложил Франку работу. Его новая должность принесла больше заработной платы, но не была постоянной. Тем не менее, это позволило Франку продолжить свои исследования по своему желанию. Работая с новыми, более молодыми сотрудниками, такими как Вальтер Гротриан, Пол Книппинг, Теа Крюгер, Фриц Райх и Герта Спонер, изучили его первые статьи в Институте кайзера Вильгельма. атомные электроны в их возбужденном состоянии, результаты, которые позже окажутся важными для разработки лазера. Они придумали термин «метастабильный » для атомов, проводящих продолжительное время в состоянии, отличном от с наименьшей энергией. Когда Нильс Бор посетил Берлин в 1920 году, Мейтнер и Франк договорились, чтобы он приехал в Институт кайзера Вильгельма, чтобы поговорить с молодым персоналом без присутствия бонзен («важных шишек»).
Die Бонзен, слева направо: [de ], Макс Борн, Джеймс Франк и Роберт Поль в 1923 г. В 1920 г. Университет Геттинген предложил Максу Борну кафедру теоретической физики, которую недавно освободил Питер Дебай. Гёттинген был важным центром математики благодаря Дэвиду Гильберту, Феликсу Кляйну, Герману Минковски и Карлу Рунге, но не настолько. по физике. Это изменится. В качестве платы за приезд в Геттинген Борн хотел, чтобы Франк возглавил там экспериментальную физику. 15 ноября 1920 года Франк стал профессором экспериментальной физики и директором Второго института экспериментальной физики, штатным профессором ординариусом. Ему было разрешено два помощника, поэтому он привез с собой из Берлина Герту Спонер, чтобы заполнить одну из вакансий. Поль, одаренный педагог, возглавил Первый институт и вел лекции. Франк обновил лабораторию новейшим оборудованием, используя средства из своего собственного кармана.
При Борне и Франке Геттинген был одним из крупнейших мировых центров физики между 1920 и 1933 годами. Хотя они опубликовали всего три статьи вместе, Борн и Франк обсудили друг с другом все свои документы. Поступление в лабораторию Франка стало весьма конкурентным. Среди его докторантов были Ханс Копферманн, Артур Р. фон Хиппель, Вильгельм Ханле, Фриц Хутерманс, Генрих Кун, [de ], Вальтер Лохте-Хольтгревен и Хайнц Майер-Лейбниц. Руководя докторантами, Франк должен был убедиться, что темы диссертации были четко определены, и научить кандидата проводить оригинальные исследования, оставаясь при этом в рамках возможностей кандидата, оборудования лаборатории и бюджета института. Под его руководством проводились исследования структуры атомов и молекул.
В своих исследованиях Франк разработал то, что стало известно как принцип Франка-Кондона, правило в спектроскопия и квантовая химия, которая объясняет интенсивность вибронных переходов, одновременные изменения электронных и колебательных уровней энергии молекулы из-за поглощения или излучения фотон соответствующей энергии. Принцип гласит, что во время электронного перехода изменение с одного колебательного уровня энергии на другой будет более вероятно, если две колебательные волны функции перекрываются более значительно. С тех пор этот принцип был применен к множеству связанных явлений.
Этот период подошел к концу, когда Нацистская партия захватила власть в Германии в <259 году.>выборы 2 марта 1933 года. В следующем месяце был принят Закон о восстановлении профессиональной гражданской службы, который предусматривал выход на пенсию или увольнение всех еврейских государственных служащих вместе с политическими оппонентами. правительства. Франк как ветеран Первой мировой войны был освобожден от уплаты налогов, но все же 17 апреля 1933 года он подал прошение об отставке. Однажды он сказал, что наука - его Бог, а природа - его религия. Он не требовал, чтобы его дочери посещали уроки религии в школе, и даже позволял им украшать елку на Рождество; но все же он гордился своим еврейским происхождением. Он был первым академиком, ушедшим в отставку в знак протеста против закона. Об этом писали газеты всего мира, но ни одно правительство или университет не протестовали.
Франк помогал Фредерику Линдеманну помочь уволенным еврейским ученым найти работу за границей, прежде чем он покинул Германию в ноябре 1933 года. во время визита в США, где он измерил поглощение света в тяжелой воде с помощью Вуда в Университете Джона Хопкинса, он занял должность в Институте Нильса Бора в Копенгагене. Ему нужен был новый сотрудник, поэтому он взял на себя Хильде Леви, недавняя диссертация которой произвела на него впечатление. Его первоначальное намерение состояло в том, чтобы продолжить свои исследования флуоресценции паров и жидкостей, но под влиянием Бора они начали интересоваться биологическими аспектами этих реакций, в частности, фотосинтезом, процессом, с помощью которого растения используют свет для преобразовать диоксид углерода и воду в более органические соединения. Биологические процессы оказались намного сложнее простых реакций в атомах и молекулах. В соавторстве с Леви он написал две статьи по этой теме, к которым он вернется в последующие годы.
Франк нашел должность в Polytekniske Læreanstalt в Копенгагене для Артура фон Хиппеля, который стал его зятем, женившись на его дочери Дагмар. Он решил обеспечить своим детям финансовую безопасность, разделив между ними деньги, полученные от Нобелевской премии. Сама золотая медаль была передана на хранение Нильсу Бору. Когда Германия вторглась в Данию 9 апреля 1940 года, венгерский химик Джордж де Хевеши распустил золотую медаль вместе с медалью Макса фон Лауэ в морской воде. regia, чтобы немцы не взяли их. Полученный раствор он поместил на полку в своей лаборатории в Институте Нильса Бора. После войны он вернулся, чтобы найти раствор нетронутым, и осаждал золото из кислоты. Затем Нобелевское общество переделало медали Нобелевской премии.
В 1935 году Франк переехал в Соединенные Штаты, где он стал профессором Университета Джонса Хопкинса. Лаборатория там была плохо оборудована по сравнению с лабораторией в Геттингене, но он получил 10 000 долларов за оборудование от Фонда Рокфеллера. Более трудноразрешимой проблемой было то, что у университета не было денег для найма квалифицированного персонала. Франк был обеспокоен тем, что члены его семьи остались в Германии, и ему нужны были деньги, чтобы помочь им эмигрировать. Поэтому он принял предложение от Чикагского университета, где его работа по фотосинтезу вызвала интерес, в 1938 году.
Первая статья Франка, написанная в соавторстве с Эдвардом Теллером, был посвящен фотохимическим процессам в кристаллах. Ганс Гаффрон стал его сотрудником. К ним присоединился Прингсхайм, бежавший из Бельгии после немецкого вторжения. Франк устроил Прингсхайму место в его лаборатории. Обе его дочери и их семьи переехали в Соединенные Штаты, и он также смог вывезти свою пожилую мать и тетю. Он стал натурализованным гражданином Соединенных Штатов 21 июля 1941 года, так что он не был вражеским иностранцем, когда Соединенные Штаты объявили войну Германии 11 декабря 1941 года., поэтому им было запрещено путешествовать, и они не могли заботиться о своей матери, когда она заболела и умерла 10 января 1942 года, хотя им было разрешено присутствовать на ее похоронах.
В феврале 1942 года Артур Х. Комптон основал свою Металлургическую лабораторию в Чикагском университете. В рамках Манхэттенского проекта его миссия заключалась в строительстве ядерных реакторов для создания плутония, который будет использоваться в атомных бомбах. Отделение химии Металлургической лаборатории первоначально возглавлял Фрэнк Спеддинг, но он предпочитал ручную работу администрации. Затем Комптон повернулся к Франку с некоторым трепетом из-за своего немецкого происхождения. Позднее Комптон писал:
Как Франк приветствовал приглашение присоединиться к нашему проекту! Это был вотум доверия, который намного превзошел его надежды, и он дал ему возможность внести свой вклад в дело свободы. «Я сражаюсь не с немецким народом», - пояснил он. «Это нацисты. Они мертвой хваткой держат Германию. Немецкий народ беспомощен, пока мы не сломаем силу его нацистских хозяев». Химики приветствовали Франка как старшего научного государственного деятеля, руководству которого они были рады последовать.
Помимо главы химического отдела, Франк был также председателем комитета по политическим и социальным проблемам Металлургической лаборатории в отношении атомной бомбы, который состоял из о себе и Дональде Дж. Хьюзе, Дж. Дж. Никсон, Юджин Рабинович, Гленн Т. Сиборг, Дж. К. Стернс и Лео Сцилард. В 1945 году Франк предупредил Генри А. Уоллеса об их опасениях по поводу того, что «человечество научилось использовать атомную энергию, не будучи этически и политически подготовленными к ее разумному использованию». Комитет составил то, что стало известно как Отчет Франка. Законченный 11 июня 1945 года, он рекомендовал не применять атомные бомбы без предупреждения против японских городов. В любом случае Временный комитет решил иначе.
Четыре лауреата Нобелевской премии. Франк между Нильсом Бором и Альбертом Эйнштейном, с Исидором Исааком Раби в 1954 году Франк женился на Герте Спонер на гражданской церемонии в 29 июня 1946 года его первая жена Ингрид умерла в 1942 году. В своих послевоенных исследованиях он продолжал заниматься проблемой объяснения механизма фотосинтеза. Мейтнер не видел перерыва между своей ранней и поздней работой. Она вспомнила, что
Франк любил говорить о своих проблемах не столько для того, чтобы объяснять их другим, сколько для удовлетворения своего собственного ума. Как только проблема пробудила его интерес, он был полностью захвачен ею, даже одержим ею. Его главными инструментами были здравый смысл и прямолинейная логика вместе с простым аппаратом. Его исследования следовали почти прямой линии, от его ранних исследований подвижности ионов до его последней работы по фотосинтезу; его всегда очаровывал обмен энергией между атомами или молекулами.
В дополнение к Нобелевской премии. Франк был награжден медалью Макса Планка Deutsche Physikalische Gesellschaft в 1951 году и медалью Рамфорда Американской академии искусств и наук за его работу по фотосинтезу в 1955. Он стал почетным гражданином Геттингена в 1953 году и был избран иностранным членом Королевского общества (ForMemRS) в 1964 году. Он внезапно скончался от сердечного приступа во время посещения Геттингена 21 мая 1964 года и был похоронен в Чикаго вместе со своей первой женой. В 1967 году Чикагский университет назвал Институт Джеймса Франка в его честь. В его честь также был назван лунный кратер . Его документы находятся в библиотеке Чикагского университета.
 | Wikiquote содержит цитаты, связанные с: Джеймсом Франком |
 | Викискладе есть медиа, связанные с Джеймсом Франком. |
, включая Нобелевскую лекцию, 11 декабря 1926 г. Преобразование кинетической энергии свободных электронов в энергию возбуждения атомов при ударах