Джеймс Франк

Джеймс Франк (нем. James Franck * 26 августа 1882, Гамбург – † 21 мая 1964, Геттинген) – немецко-американский физик, Нобелевский лауреат по физике 1925 года. Премия присуждение «за открытие законов соударения электрона с атомом» (совместно с Людвигом Герцем). В 1951 году удостоен медали имени Макса Планка. В 1945 году подписал обращение к властям США («Доклад Франка») с просьбой не проводить атомные бомбардировки японских городов.
Немецкий физик Дж. Франк родился 26 августа 1882 в Гамбурге в семье банкира. В гамбургской гимназии, где учился Франк, упор делался на классическое образование и речи – предметы, которые его не интересовали.
Когда в 1901 г. отец послал его в Гейдельбергский университет, то ожидалось, что Франк изучит юриспруденцию и экономику, после чего займется традиционным для его семьи банковским делом. Однако в Гейдельберге он изучал также геологию и химию, здесь он встретил Макса Борна, который поддержал интерес Джеймса к науке. Позднее Борн убедил родителей Франко помочь сыну в его стремлении получить научное образование.
В 1902 г. Дж. Франк перешел в Берлинский университет, тогдашнего центра физической науки и образования в Германии. Докторскую степень он получил в 1906 г. за исследования движения ионов в газовых разрядах. После короткого периода работы ассистентом-преподавателем в университете Франкфурта-на-Майне Джеймс Франк вернулся в Берлинский университет ассистентом физической лаборатории и стал лектором в этом же университете в 1911 г.
Дж. Франк начал совместную работу с Густавом Герцем в 1913 г. В своих первых совместных экспериментах Франк и Герц исследовали взаимодействие электронов с атомами благородных газов низкой плотности. Именно эта работа, изучавшей неупругие столкновения, привела Франка и Герца к открытию квантовой передачи энергии в столкновениях атомов и электронов.
Исследование Франко было прервано Первой мировой войной. Он служил офицером на русско-германском фронте и после тяжелого заболевания был отправлен в тыл.
По окончании войны (1917 г.) Франк возглавил секцию в Институте физической химии Кайзера Вильгельма (Берлин). 1921-1934 гг занимал должность профессора Геттингенского университета и директора Физического института.
James Franck, Chicago 1952 В 1926 Шведская королевская академия наук наградила Нобелевской премией по физике за 1925 г. Франко и Герца «за открытие законов столкновений электронов с атомами». В своей Нобелевской лекции Дж. Франк указал, что «первые работы Нильса Бора по теории атома появились за полгода до окончания этой работы». «Впоследствии, – продолжал он, – мне казалось совершенно непонятным, почему мы не осознали фундаментального значения теории Бора, причем до такой степени, что ни разу даже не вспомнили о ней в своей научной доклада».
После того, как Адольф Гитлер стал рейхсканцлером (1933), немецкий правительство стало изгонять евреев из академических должностей. Хотя Франк и был евреем, но его заслуги в период первой мировой войны сначала защищали его от отстранения от должности. Он, впрочем, сам подал в отставку, поскольку не хотел выполнять указание об увольнении сотрудников и студентов еврейской национальности. Он заявил о своем несогласии публично, что было актом личного мужества. Перед тем как покинуть Германию, Франк, несмотря на экономическую депрессию, сумел найти работу заграницей для каждого члена своей лаборатории.
1935 эмигрировал в Соединенные Штаты, где работал в должности профессора Университета Джонса Хопкинса, а через 3 года был назначен профессором физической химии и директором новой лаборатории фотосинтеза Чикагского университета.
1941 Франк стал американским гражданином. После вступления США во вторую мировую войну Франк руководил химическим отделом металлургической лаборатории Чикагского университета, которая была составной частью Манхэттенского проекта создания атомной бомбы. После поражения Германии Франк возглавил комитет, изучавший социальные и политические последствия применения ядерного оружия. В докладе комитета, произнесенной в июне 1945, речь шла о запрещении применения ядерного оружия в военных целях, пока не будет продемонстрирована в любом необитаемом месте представителями всех наций. 1949 года он стал почетным профессором в отставке Чикагского университета и продолжал активные исследования, особенно с фотосинтеза.
Дж. Франк умер внезапно, когда они с женой в 1964 г. гостили у друзей в Геттингене.
Женщины
В 1907 г. Дж. Франк женился на Ингрид Йозефсон, у них было две дочери. Ингрид Франк умерла в 1942 г. после продолжительной болезни. В 1946 г. Франк женился на Гертой Спонер, своей бывшей студенткой, стала профессором физики Дюкского университета в Дареме (штат Северная Каролина).

Подробнее в статье Опыт Франка-Герца


Дж. Франк и Густавом Герцем начали свои эксперименты с рассеяния электронов в разреженных благородных газах в 1913. Они обнаружили, что при низких энергиях столкновения электронов с атомами газов происходит без большой потери энергии, т.е. эти столкновения являются упругими. В 1914 ученые повторили свои опыты, используя пару ртути, и обнаружили, что электроны сильно взаимодействуют с атомами ртути, отдавая им часть своей энергии. Такие столкновения называются неупругим.
В промежутке от 1900 и времени экспериментов Франка и Герца Макс Планк, Альберт Эйнштейн и Нильс Бор начали создание квантовой теории. Эта теория предполагала, что энергия передается веществе не непрерывно, а дискретными порциями, которые Эйнштейн назвал квантами. Энергия кванта света выражается через частоту с помощью множителя, известного как постоянная Планка. В 1913 Бор предложил квантовую модель атома, в которой электроны движутся вокруг ядра только по определенным орбитам, соответствующие определенным энергетическим состояниям; когда электроны переходят с одной орбиты на другую, они излучают или поглощают кванты. Модель Бора отвечала на некоторые возражения против планетарной модели атома и, в частности, объясняла дискретность спектров элементов. При нагревании газа он поглощает энергию в форме тепла, а затем излучает ее в виде света, каждый элемент излучает свет специфических цветов, или длин волн, которые можно разделить, получив при этом серию линий, называемую спектром элемента. По Бором каждая линия спектра соответствует определенному количеству энергии, излучаемой при переходе электрона с орбиты с высшим энергией на орбиту с низкой энергией. Хотя эта теория вызвала среди физиков огромный интерес и во почему убедила их в справедливости квантовой теории, она все же не была подтверждена экспериментально.
В своих знаменитых экспериментах Франк и Герц показали, что электроны могут передавать энергию атому ртути только порциями кратными 4,9 электронвольт. (Один электронвольт – это количество энергии, которую набирает электрон, ускоренный в электрическом поле с напряжением в один вольт.) Затем Франк и Герц предположили, что атомы ртути могут излучать энергию, равную поглощенной, что означало бы существование спектральной линии с определенной длиной волны. Обнаружив эту линию в спектре ртути, Франк и Герц сделали вывод, что атомы при бомбардировке их электронами и поглощают, и излучают энергию неделимыми порциями, или квантами. Работа с газами других элементов подтвердила это открытие.
Эксперименты Дж. Франк и Герца не только продемонстрировали существование квантов энергии более убедительно, чем любая предыдущая работа, но и дали новый метод измерения постоянной Планка. Более того, их результаты выдали экспериментальное подтверждение модели Бора. Ни Франк, ни Герц не поняли этого вначале, обратив мало внимания на предположение Бора. Однако Бор и другие ученые вскоре воспользовались результатами Франко и Герца, чтобы подтвердить идеи Бора, что существенно повлияло на развитие квантовой теории.
В 1953 г. он стал почетным гражданином Геттингена. Франк был членом многих научных организаций, включая американскую Национальную академию наук, Ассоциация содействия развитию науки, Американское философское общество, Американское химическое общество, Американское ботаническое общество и Лондонское королевское общество.