Питер Зееман (Pieter Zeeman)
25 май 1865 г. - 9 октомври 1943 г.
Нобелова награда за физика (заедно с Хендрик Лоренц), 1902 г.
(Като провел забележителни изследвания, свързани с влиянието на магнетизма върху излъчването.)
Холандският физик Питер Зееман е роден в селцето Зонемайре в семейството на лютеранския свещеник Катаринус Форандинус Зееман и съпругата му Вилхелмина Зееман (по баща Ворст). Като получава начално образование в Зоненмайре, той посещава средното училище в Зирикзее - градче, разположено на пет мили, а след това в продължение на две години учи латински и гръцки в град Делфт, за да съответства на изискванията, необходими за постъпването в университет. От малък проявява способности към науките: публикува отчет за северните сияния, които са обикновено явление в Зоненмайре, а също така впечатлява холандския физик Хейке Камерлинг - Онес, когото среща в Делфт, с разбирането си за трактата по теория на топлината, написан от шотландския физик Джеймс Клерк Максуел.
През 1885 г. Зееман постъпва в Лайденския университет, където учи под ръководството на Камерлинг-Онес и физика-теоретик Хендрик Лоренц. Пет години по-късно той става асистент на Лоренц. Експерименталното му майсторство, проявено при изследването на ефекта на Кер по време на работата му над докторската му дисертация му донася златен медал на Холандското хаарлемско научно дружество през 1892 г. и научна степен на следващата година.
Ефектът, открит от шотландският физик Джон Кер през 1875 г., е свързан с влиянието на магнетизма върху поляризираната светлина. Обикновената светлина се състои от електрическо и магнитно поле, осцилиращи в направления, перпендикулярни на линиите на разпространение (двете полета са взаимозависими и перпендикулярни едно на друго). Честотата на трептене съответства на възприемания от окото цвят. Ако едно от полетата осцилира преимуществено в едно от многото възможни направления, се казва, че светлината е поляризирана в плоскост, определена от това предпочитано направление и направлението на светлинния лъч. Кер открива, че отражението на плоско поляризираната светлина от полиран магнитен полюс обръща плоскостта на поляризация. (Още един ефект на Кер, също открит през 1875 г., се състои в двойното пречупване на светлинен лъч, възникващо в прозрачна среда под въздействието на електрическо поле.При двойното пречупване на лъча скоростта на светлината е различна в различните направления във веществото, така че падащият лъч се разделя на два различни раздалечаващи се лъча.)
Като изкарва един семестър в Института на Колрауш в Страсбург (Франция), Зееман се връща в Лайденския университет през 1894 г. като приват доцент (нещатен лектор). Той отново се заема с изследване на взаимодействието между магнетизма и светлината. Дотогава са известни само две магнитооптични явления: откритото от Кер и откритото от английския физик и химик Майкъл Фарадей, който установява през 1845 г., че плоскостта на поляризация се обръща, когато светлината преминава през някои тела, поставени в силно магнитно поле. Сега Зееман се съсредоточава не върху самата светлина, а върху нейния източник, като започва с натриевия пламък, поставен между полюсните краища на силен електромагнит. Светлината от подобен източник не се състои от всички цветове на дъгата (честоти), както е със светлината на Слънцето, а е съставена от дискретни честоти, характерни за материала, от който е направен източника. Ако светлината се пропусне през тясна цепнатина и се наблюдава (или фотографира) с помощта на оптичен спектроскоп, честотите се разделят, което се проявява в серии цветни линии, наречени спектър. Положението на спектралните линии сочи тяхната честота. Спектърът на натрия съдържа две ярки жълто-оранжеви линии, върху които съсредоточава вниманието си Зееман.
Целта, към която се стреми Зееман, е свързана с електромагнитната теория, създадена от Максуел през 60-те години на ХІХ в. и развита след това от Лоренц. Максуел първи доказва на теория, че светлината е съставена от електромагнитни полета. Освен това той посочва, че неговата теория предсказва скоростта на светлината, вече известна от многочислени лабораторни измервания, и установява, че осцилиращите електрически токове трябва да изпускат електромагнитно излъчване. Теорията му е потвърдена от немския физик Хенрих Херц, който получава електромагнитни вълни с помощта на електрически контур и доказва, че те притежават предсказаните характеристики, например скорост, съвпадаща със скоростта на светлината.
Лоренц обосновава теорията, като я облича в конкретните образи на електрически заредените частици (известни по-късно като електрони) в атомите или молекулите, вибриращи с честота, която съответства на цвета на излъчваната светлина. Тъй като движещите се заредени частици образуват електрически ток, движението им трябва да се влияе от магнитно поле, както в електромотора токът, взаимодействайки си с полюсите на магнита, кара ротора да се върти. Зееман се надява, че неговият магнит ще измени вибрациите на хипотетичните частици в пламъка на натрия и че изменилата се честота ще се прояви зрително в разширяване на спектралните линии. Макар че убедителната теория на Максуел подтиква и други физици да действат в близки направления, никой не постига успех. Първите опити на Зееман са също разочароващи.
По-късно Зееман разбира, че Фарадей е правил аналогичен опит през 1962 г. и е претърпял неуспех. Изпитвайки огромно уважение към Фарадей, той решава, че опитът си заслужава по-нататъшните усилия. Връща се към него, използвайки оборудване, притежаващо по-голяма разрешителна способност, и през август на 1896 г. наблюдава очакваното разширение в спектралните линии на натрия. Ефектът обаче е незначителен. Дори Дж.У.Страт (лорд Рейли) не успява да го открие, макар че не поставя под съмнение достижението на Зееман. За да премахне всякакво съмнение, Зееман повтаря опита много пъти както в Лайден, така и в Амстердамския университет, където се премества през 1897 г. като лектор по физика.
Лоренц предсказва, че магнитното поле кара електрически заредените частици на материята да осцилират по друг начин, с честоти, които са малко по-различни от съответните честоти на частиците, които не са подложени на такова въздействие. Така той очаква, че спектралната линия не само ще се разшири, но и ще се раздели на три различни линии. Той предсказва също, че излъчваната светлина ще бъде поляризирана по определен начин в съответствие с изменилото се движение на частиците. Зееман открива предсказаната поляризация и след усърдни опити с пламък при изгаряне на други вещества като калций успява да раздели разширилите се линии на спектъра на отделни компоненти.
Точните измервания на Зееман доказват, че вибриращите частици не могат да бъдат тежки като атома, както смята английският физик Джозеф Лармор. Разделянето на линиите позволява да се направи оценка на отношението на електрическия заряд към масата на вибриращата частица, която се оказва удивително голяма, а също така да се установи, че зарядът е отрицателен. Тези резултати не само се съгласуват с описанието, което Лоренц дава на своя електрон, но позволяват също да се предположи, че електронът на Лоренц е идентичен с електрона, открит през 1897 г. от Дж.Дж.Томсън при изследването на електрическите разряди в газови вакуумни тръби. "Това, което вибрира в източника на светлина - прави извод Зееман, - е идентично на това, което се движи в катодните лъчи". Названието катодни лъчи е дадено на частиците, които се движат от отрицателния електрод (катода) към положителния електрод (анода) в разрядната тръба. Разликата е в това, че електроните на Лоренц влизат по някакъв начин в атома, свързани са с него, докато електроните на Томсън са свободно движещи се частици във вакуума на газовата тръба.
Твърдението на Зееман е блестящо интуитивно следствие, то има фундаментален принос за разбирането на строежа на материята. Магнитното разделяне на спектралните линии, известно като ефект на Зееман, е важен инструмент за изследване на природата на атома, той е полезен и при определяне на магнитните полета на звездите. Откриването на факта, че спектралните линии могат да се разделят на много повече компоненти от трите компонента в представите на Лоренц разкрива не само слабостта на съществуващата по това време теория, но дава и важен тласък за изграждането на квантовата теория, особено във връзка с енергетичното състояние на атома.
През 1900 г. Зееман заема поста професор в Амстердамския университет. Тук той посвещава голяма част от по-нататъшната си научна дейност на усъвършенстването на своите спектрални изследвания.
През 1908 г. Зееман е назначен за директор на Физическия институт към Амстердамския университет. Когато през 1923 г. университетът създава своята нова физическа лаборатория (по-късно наречена лаборатория "Зееман"), той е назначен за неин ръководител. По-нататъшната му работа включва изключително трудни и точни измервания на скоростта на светлината в движещи се прозрачни материални среди като стъкло и кварц (други учени правят подобни измерения в движеща се вода). Той открива, че измененията зависят не само от скоростта и показателя на пречупване на движещата се среда, но и от честотата на светлината. Резултатите му се съгласуват с още новата по това време теория на относителността, предложена от Алберт Айнщайн. Зееман разработва също така методиката на комбинираните магнитно-електрически отклонения на електрически заредените атоми, и открива няколко нови изотопа (химически елементи, чиито атоми имат различни маси, но еднакъв ядрен заряд).
Зееман се жени за Йохана Елизабет Лебре през 1895 г. Той има три дъщери и син. С чувство за собствено достойнство и едновременно с това благ човек с приятни маниери, Зееман се ползва с любовта и уважението на своите колеги и целия персонал. Съвместните обсъждания на задачите със студентите им вдъхва смелост за лабораторни изследвания. Знанието на езици му помага да си създава дружески отношения с много други европейски физици. Верен на установения обичай, той излиза в оставка и напуска Амстердамския университет през 1935 г. на седемдесет години. Умира осем години след това.
Освен Нобеловата награда Зееман получава много други награди и почетни научни степени, сред които почетната докторска степен на Оксфорд, Гьотинген, Страсбург, Глазгоу, Брюксел и Париж. Награден е също така с медала Ръмфорд на Лондонското кралско дружество, наградата Уайлд на Френската академия на науките, наградата Баумгартнер на Австрийската академия на науките и медала Хенри Дрейпър на американската Национална академия на науките.
Превод от руски: Павел Б. Николов
