Артър Холи Комптън (Arthur Holly Compton)
10 септември 1892 г. – 15 март 1962 г.
Нобелова награда за физика, 1927 г. (заедно с Ч. Т. Р. Уилсън)
(За откриването на ефекта, наречен на негово име.)
Американският физик Артър Холи Комптън е роден в Уустър, щат Охайо. Негови родители са Елиъс Комптън, презвитериански свещеник, професор по философия и декан на Уустърския колеж, и Отелия Катрин (Огспургър) Комптън. Развивайки се в атмосфера на интелигентно семейство, Артър рано проявява интерес към естествените науки, като събира пеперуди, изучава палеонтологията и чете книги по астрономия. Като завършва Уустърския колеж през 1913 г. със степен бакалавър, той става аспирант-физик в Принстънския университет и получава през 1914 г. степента магистър. Две години по-късно става доктор, като пише дисертация за взаимодействието на рентгеновите лъчи с материята.
Комптън работи една година като преподавател по физика в Минесотския университет, а след това служи две години като инженер-изследовател в "Уестинхаус ламп къмпани", Питсбърг. Там се занимава с разработка и конструиране на лампи, съдържащи пари на натрий, а след това, когато Съединените щати влизат в Първата световна война, помага да се създават авиационни прибори за свързочните войски. По време на работата си в компанията ?Уестинхаус" той продължава да изучава рентгеновите лъчи, което по-късно го довежда до откриването на ефекта, наречен на негово име.
Увлечен от чистата наука, Комптън приема през 1919 г. стипендия на Националния изследователски съвет и прекарва една година в лабораторията "Кавендиш" на Кеймбриджкия университет. Това е вълнуващо време: Комптън става свидетел на първите експерименти на Ърнест Ръдърфорд за разделяне на атома, което по-късно нарича решаващо обстоятелство в научния си живот. Тъй като в лабораторията "Кавендиш" няма високоволтова рентгенова установка, Комптън изучава разсейването и поглъщането на гама лъчите, които са високо енергетично рентгеново излъчване, изпускано от радиоактивните ядра. Той забелязва, че разсеяното излъчване се поглъща по-лесно от материята отколкото първичното (излъчване, с което се бомбардира мишената), но нито той, нито колегите му в Кеймбридж успяват да обяснят това явление с помощта на законите на класическата физика.
През първите две десетилетия на ХХ в. физиците постепенно достигат до разбирането, че класическата физика не може да обясни събитията, протичащи на нивото на атомите и вътре в тях. Макс Планк, Алберт Айнщайн, Нилс Бор и други развиват нова теория за обясняване на някои явления вътре в атомите, основаваща се на радикалното допускане, че енергията се квантира, с други думи - може да се предава само на дискретни порции, или кванти. Квантовата теория се оказва доста полезна за обясняването на явления, изглеждащи преди това тайнствено, и позволява на Бор да изгради най-убедителния от всички предложени модели на атома. Но в първоначалната си форма квантовата теория не може да се справи с анализа на по-общи проблеми и повечето физици не са убедени във фундаменталното й значение. Между 1910 и 1920 г. Комптън заедно с други физици, изучаващи взаимодействието на материята с енергията, продължава да търси класически обяснения за своите експериментални резултати.
Като се връща през 1920 г. в Съединените щати, Комптън застава начело на физическия факултет на Вашингтонския университет в Сейнт Луис (щат Мисури), където прави най-известните си опити. С помощта на рентгеновия спектрометър на У. Х. Брег той прави точни измервания на дължината на вълната на рентгеновите лъчи, разсеяни от мишена. Комптън открива, че разсеяното излъчване е два вида: при единия дължината на вълната съвпада с дължината на вълната на първоначалното излъчване, а при другия се наблюдава голяма дължина на вълната. Увеличаването на дължината на вълната, което става известно като ефект на Комптън, е пропорционално на ъгъла на разсейване. И отново резултатите на Комптън не могат да бъдат обяснени в рамките на класическата физика, но този път той прави решителна стъпка, като се обръща към квантовата теория. Той открива, че увеличаването на дължината на вълната може да се обясни, като се разглеждат рентгеновите лъчи като частици със значения на енергията и импулса, предсказани от квантовата теория. Рентгеновият лъч - "частица енергия", или квант - с сблъсква с електрон от мишената и дава на електрона част от своята енергия; това означава, че след сблъскването частицата притежава по-малко енергия, което съответства на по-малка честота на излъчване - или на по-голяма дължина на върната. Новото откритие на Комптън се съгласува с по-предишното негово откритие, че веществото поглъща много по-лесно разсеяните гама-лъчи от първичните гама-лъчи; нискоенергетичното (с голяма дължина на вълната) излъчване се поглъща по-лесно от високоенергетичното (с по-малка дължина на вълната).
Тъй като светлината, подобно на рентгеновите лъчи, представлява разновидност на електромагнитното излъчване, ефектът на Комптън се оказва силен довод в подкрепа на изказаното през 1905 г. от Айнщайн предположение, че светлината притежава свойства не само на вълна, но и на частица. Корпускулярните свойства на електромагнитното излъчване се проявявали при взаимодействието на първичните рентгенови лъчи с електроните, докато вълновите свойства се разкривали при детектиране на разсеяните лъчи - действието на спектрометъра може да се обясни само ако се разгледат рентгеновите лъчи като вълни.
Комптън публикува своите резултати през 1923 г. и през същата година става професор в Чикагския университет. Той изказва предположението, че в резултат от разсейването на рентгеновите лъчи електроните, върху които попада това разсейване, напускат атомите с голяма скорост. Такива електрони на отдаването, както ги нарича Комптън, са открити и експериментално проверени по-късно през същата година от Ч. Т. Р. Уилсън, чието изобретение - кондензационната камера - позволява да се наблюдават следите на електрически заредените частици.
Резултатите на Комптън предизвикват оживление сред физиците, но неговата квантова интерпретация не е приета веднага, защото противоречи на идеите на Дж. Дж. Томпсън. Американският физик Уйлям Дуен възразява срещу теорията на Комптън и се опитва да докаже, че данните на Комптън биха могли да бъдат свързани с други ефекти. Комптън, Дуен и други физици провеждат допълнителни експерименти и през 1924 г. Дуен оттегля своите възражения, като се убеждава, че собствените му измервания се съгласуват превъзходно с теорията на Комптън. Признаването на ефекта на Комптън се превръща във важен стимул за развитието на квантовата механика, сложна математическа трактовка на квантовата теория с дълбоки и далече достигащи приложения във физиката и химията.
През 20-те години Комптън провежда и други важни изследвания на рентгеновите лъчи. Например през 1922 г. той доказва, че те могат да се отразяват напълно от гладки повърхности като стъкло или метал, демонстрирайки с това, че рентгеновите лъчи се държат аналогично на светлината. През 1925 г. Комптън заедно със свои колеги използва дифракционна решетка на спектрометър, която позволява да се разделят разсеяните рентгенови лъчи по компоненти със съответни дължини на вълните. Тяхната работа поставя основите на изучаването на рентгеновите лъчи като дял от оптиката и само това би било достатъчно да донесе на Комптън репутацията на забележителен учен.
След връчването на Нобеловата награда Комптън се заема с разработка на начини за експериментално изследване на разпределението на електроните в атомите. Заедно с измерената енергия на рентгеновите лъчи от Кай Зигбан тази работа ляга в основата на следващите теории за строежа на атома. Експерименталните изследвания на Комптън допринасят за разбирането на магнитните свойства на феромагнитните материали, такива като желязото.
В началото на 30-те години Комптън започва да се интересува от космическите лъчи (излъчване, падащо на земята от космическото пространство), защото взаимодействието на гама-лъчите и електроните на космическите лъчи дава важен пример за ефекта на Комптън. Между 1931 и 1933 г. той оглавява експедиции в много части на света за изследване на космическите лъчи. Въз основа на получената информация той потвърждава направените от Джакоб Клей още през 20-те години изводи за промените на интензивността на космическите лъчи в зависимост от географската ширина. Комптън обяснява правилно тези промени, като доказва, че въпреки преобладаващото мнение космическите лъчи изпитват влиянието на магнитното поле на Земята и се състоят, поне частично, от заредени частици.
През 1941 г. Комптън оглавява физическия факултет и става декан на Отдела за физически науки към Чикагския университет. През същата година той застава начело на комитет към Националната академия, създаден да изучава възможността за използване на атомната енергия за военни цели. Благоприятният отзив на групата довежда до утвърждаването на Манхатънския проект. От 1942 до 1945 г. Комптън е директор на едно от подразделенията на проекта, известно като Металургическа лаборатория към Чикагския университет. Там под ръководството на Енрико Ферми е построен първият ядрен реактор. По-късно Комптън ръководи строителството на Ок-Риджската национална лаборатория в щата Тенеси, която трябва да се занимава с отделянето на уран-235 от по-разпространения уран-238.
Когато през 1945 г. предлагат на Комптън да поеме ръководството на Вашингтонския университет, той решава да приеме предложението и да напусне Чикаго, макар че това означава за него край на изследователската работа. Когато напуска поста си през 1954 г., той остава почетен професор по физика на Вашингтонския университет. Напуска и този пост през 1961 г., надявайки се да дели времето си между Вашингтонския университет, Уустърския колеж и Калифорнийския университет в Бъркли.
През 1916 г. Комптън се жени за Бети Чарити Мак Клоски, семейството има двама сина. Цял живот Бети е негов верен помощник в работата му, а по време на Втората световна война по негово настояване получава дори достъп до секретната дейност наравно с него. Ярък и изключителен човек, Комптън е способен да разпали ентусиазма на своите ученици и съратници. Искрено религиозен, той ръководи Лаймънското мисионерско движение от 1934 до 1948 г. и участва активно в работата на Националната конференция на християните и юдеите. Умира от кръвоизлив в мозъка в Бъркли, Калифорния.
Сред многобройните награди на Комптън може да се посочи медалът Ръмфорд
на Американската академия на науките и изкуствата (1927 г.), медалът
Хюз на Лондонското кралско дружество (1940 г.), медалът Франклин
на Франклиновия институт (1940 г.) и медалът "За заслуги" на правителството
на Съединените щати (1946 г.). Той получава почетни степени от много
университети, сред които Йелския, Принстънския и Харвардския. Комптън е член
на Американската асоциация за съдействие на научното развитие, Американското
философско дружество, Американското физическо дружество, Националната
академия на науките на САЩ и Нюйоркската академия на науките, а също така на
повече от двадесет чуждестранни научни дружества.
Превод от руски: Павел Б. Николов
