Eksperyment Sterna jest eksperymentalnym potwierdzeniem teorii molekularno-kinetycznej
W drugiej połowie XIX wiekuBadanie ruchu chaotycznego cząsteczek Browna było bardzo interesujące dla wielu fizyków teoretycznych tamtych czasów. Teoria molekularno-kinetycznej struktury materii, opracowana przez szkockiego naukowca Jamesa Maxwella, mimo że była powszechnie uznawana w europejskich kręgach naukowych, istniała tylko w hipotetycznej formie. Nie było wtedy żadnego praktycznego potwierdzenia tego. Ruch cząsteczek pozostawał niedostępny dla bezpośredniej obserwacji, a pomiar ich prędkości wydawał się po prostu nierozwiązywalnym problemem naukowym.
Właśnie dlatego eksperymenty zdolnepraktyka udowodnienia samego faktu struktury molekularnej materii i określenia prędkości ruchu jej niewidocznych cząstek była początkowo postrzegana jako fundamentalna. Decydujące znaczenie takich eksperymentów dla fizyki było oczywiste, ponieważ pozwoliło nam uzyskać praktyczne uzasadnienie i dowód ważności jednej z najbardziej postępowych teorii czasu-molekularno-kinetycznej.
Na początku XX wieku światowa naukaosiągnął wystarczający poziom rozwoju w celu pojawienia się rzeczywistych możliwości eksperymentalnej weryfikacji teorii Maxwella. Niemiecki fizyk Otto Stern w 1920 r., Wykorzystując metodę wiązek molekularnych, która została wymyślona przez Francuza Louisa Dunoye w 1911 r., Zmierzyła prędkość cząsteczek gazu srebra. Eksperyment Sterna niezbicie dowodził ważności prawa dystrybucji Maxwella. Wyniki tego eksperymentu potwierdziły poprawność estymacji średnich prędkości atomów, co wynika z hipotetycznych założeń Maxwella. Jednak eksperyment Sterna był w stanie podać tylko bardzo przybliżone informacje o naturze szybkiej gradacji. Bardziej szczegółowe informacje naukowe musiały czekać jeszcze dziewięć lat.
Z większą dokładnością, prawo dystrybucji powiodło sięaby sprawdzić Lammert w 1929 roku, nieco poprawiając eksperyment Sterna, przepuszczając wiązkę molekularną przez parę obracających się dysków mających promieniowe otwory i przemieszczonych względem siebie pod pewnym kątem. Zmieniając prędkość obrotową jednostki i kąt między otworami, Lammert był w stanie oddzielić poszczególne cząsteczki od wiązki, które mają różne prędkości. Ale to eksperyment Sterna zainicjował eksperymentalne badania z zakresu teorii molekularno-kinetycznej.
W 1920 roku pierwszyUkład eksperymentalny, niezbędny do przeprowadzenia eksperymentów tego rodzaju. Składał się z pary cylindrów zaprojektowanych osobiście przez Sterna. Wewnątrz urządzenia umieszczono cienki pręt platynowy ze srebrną powłoką, która odparowała, gdy oś została podgrzana elektrycznie. W warunkach próżni, które powstały wewnątrz instalacji, wąska wiązka srebrnych atomów przechodziła przez podłużną szczelinę przecinaną na powierzchni cylindrów i osadzona na specjalnym zewnętrznym ekranie. Oczywiście jednostka była w ruchu iw czasie, gdy atomy dotarły na powierzchnię, udało jej się skręcić pod pewnym kątem. W ten sposób Stern ustalił szybkość ich ruchu.
Ale to nie jedyne naukowe osiągnięcie OttoStern. Rok później, wspólnie z Walterem Gerlachem, przeprowadził eksperyment, który potwierdził obecność spinu w atomach i udowodnił fakt ich kwantyzacji przestrzennej. Eksperyment Sterna-Gerlacha wymagał stworzenia specjalnego układu eksperymentalnego z silnym magnesem trwałym w jego podstawie. Pod wpływem pola magnetycznego wytwarzanego przez ten potężny składnik cząstki elementarne zboczyły zgodnie z orientacją własnego spinu magnetycznego.
