Чарльз Баркла

Фотографія Чарльз Баркла (photo Charls Barkla)

Charls Barkla

  • День народження: 26.07.1877 року
  • Вік: 67 років
  • Місце народження: Уиднес, Великобританія
  • Дата смерті: 23.10.1944 року
  • Громадянство: Великобританія
  • Оригінальне ім’я: Чарлз Гловер Баркла
  • Original name: Charles Glover Barkla

Біографія

Англійський фізик Чарлз Главер Баркла народився р. Уиднесе (графство Ланкашир). Його батьки – Джон Мартін Баркла, службовець хімічної компанії, і Сара (в дівоцтві Главер) Баркла. Б. закінчив середню школу при Ліверпульському інституті і в 1895 р. вступив в Університетський коледж у Ліверпулі на кошти стипендіального фонду; там він вивчав математику і експериментальну фізику. У 1898 р. він отримав ступінь бакалавра з вищими відзнаками з фізики. У наступному році він отримав ступінь магістра.

Стипендію у Трініті-коледжі (Кембридж) у 1899 р. Б. вивчав фізику у Джорджа Стоукс і проводив дослідження в Кавендишській лабораторії під керівництвом Дж.Дж. Томсона. Півтора року тому він перейшов у Кінгс-коледж, де зміг співати в його знаменитому хорі; володіючи чудовим баритоном, він часто виконував соло. У 1902 р. Б. відмовився від хорової стипендії в Кембриджі і повернувся в Ліверпуль як стипендіата; тут два роки опісля він отримав докторський ступінь з фізики. Він залишався в Ліверпулі до 1909 р. спочатку в якості лаборанта, потім асистента і, нарешті, лектора по спеціальним курсам. Всі ці роки Б. працював над дослідженням рентгенівських променів, яку почав ще в 1901 р., на третій рік свого перебування в Кембриджі. У 1909 р. він покинув Ліверпуль, щоб зайняти ставку професора фізики в Кінгс-коледжі в Лондоні.

Відкриття рентгенівських променів (ікс-променів) Вільгельмом Рентгеном у 1895 р. викликало серед фізиків сильні суперечки. Одні вважали, що ці промені являють собою різновид електромагнітного випромінювання на зразок світла, тоді як інші вважали, що вони складаються з частинок. Експеримент, поставлений Б. в 1904 р., підтвердив уявлення про те, що рентгенівські промені являють собою коливання електромагнітних хвиль, що виникають внаслідок гальмування електронів, які вдаряють в анод катодної трубки. Класична електромагнітна теорія передбачала (і експеримент Б. підтвердив це), що такі коливання повинні бути частково поляризовані, а це означало, що випромінювання, що випускається в площині, перпендикулярній до руху електронів, володіє більш сильним електричним полем в напрямку, перпендикулярному площині, ніж в напрямах, паралельних їй.

У 1897 р. було помічено, що під впливом рентгенівських променів, падаючих на речовину – неважливо, на тверде тіло, рідина або газ, – виникає вторинне випромінювання. У 1903 р. Б. опублікував свої перші результати вторинного випромінювання, яке, як він вважав, було викликано виключно розсіюванням первинного променя. Встановлений ним результат, що інтенсивність розсіювання збільшується пропорційно атомному вазі речовини, на якому відбувається розсіяння, надав вага електронної теорії матерії, ще не повністю тоді визнаною.

Подальші спостереження Б. над рентгенівськими променями показали, що у випадку більш важких елементів вторинне випромінювання насправді складається з двох компонент: таких рентгенівських променів, що і первинне випромінювання, і менш проникаючого, або більш «м’якого», випромінювання, яке випускається розсіюючим речовиною і характерно для нього. У цього більш м’якого випромінювання, яке стали називати характеристичним випромінюванням, проникаюча сила збільшувалася відповідно до положення, займаного випромінюючим елементом у періодичній таблиці. Р. Дж. Мозлі пізніше скористався цим результатом, щоб встановити сенс атомного номера елемента (число одиниць заряду у ядра), що стало важливим кроком до розуміння будови атомного ядра.

До 1911 р. Б. показав, що характеристичне випромінювання важких елементів буває двох типів: більш проникаюче випромінювання, яке він назвав K-випромінюванням, і менш проникаюче, назване ним L-випромінюванням. Пізніше з’ясувалося, що K — та L-випромінювання виникають при переходах внутрішніх електронів (після того, як вони були попередньо порушено рентгенівськими променями) в атомі, квантова модель якого була запропонована Нільсом Бором і Арнольдом Зоммерфельдом для пояснення випромінювання видимого світла.

Дослідження Б. принесли йому міжнародне визнання: він був нагороджений Нобелівською премією по фізиці за 1917 р. «за відкриття характеристичного рентгенівського випромінювання елементів» (Мозлі, який міг би розділити Нобелівську премію з Б., був убитий в ході боїв в Галліполі під час першої світової війни). «Відкриття Б. характеристичного рентгенівського випромінювання виявилося явищем вельми важливим для досліджень в області фізики», – писав Р. Д. Гранквіст, член Шведської королівської академії наук, у 1918 р. у спеціальній статті. «Відкриття дифракції рентгенівських променів на кристалах дало в руки засіб вимірювання їх довжин хвиль, і дальші дослідження K — і L-серій принесли плоди величезної важливості для розуміння внутрішньої будови атомів». Оскільки під час війни поїздки були обмежені, церемонію нагородження довелося відкласти, і лише в 1920 р. Б. зміг прочитати свою Нобелівську лекцію «Характеристичне рентгенівське випромінювання» («Characteristic Rontgen Radiation»).

Починаючи з 1913 р. Б. був професором натурфілософії в Единбурзькому університеті в Шотландії і залишався на цьому посту до самої смерті. Однак до того часу, коли він отримав Нобелівську премію, його авторитет як фізика почав падати, і він самоізолювалося від фізичного співтовариства. Користується повагою як сильний експериментатор, він тим не менш не зумів усвідомити свою слабкість як теоретика. Він ігнорував експериментальні роботи інших вчених і все більшою мірою переоцінював ті завдання, які досліджував сам. У 1916 р. він відкинув квантову теорію, розвинену Максом Планком, Альбертом Ейнштейном і Нільсом Бором. До цього часу переконання Б. в тому, що енергія не квантується, з трудом витримував критику перед обличчям очевидних фактів. Він відмовився визнати існування відкритого Артуром Х. Комптоном в 1923 р. ефекту Комптона, який зіграв дуже важливу роль у розвитку квантової теорії у 20-х рр. (В ефекті Комптона падаючий рентгенівський промінь вибиває електрон з атома і розсіюється, підтверджуючи тим самим, що рентгенівські промені так само, як і видиме світло, іноді діють, як частинки.) Після 1916 р. Б. присвятив себе дослідженню того, що він назвав «J-явищем», в якому має місце випромінювання, що володіє більшою проникаючою здатністю, ніж випромінювання K-типу. Однак подібне явище ніколи не було підтверджено.

У 1907 р. Б. одружився на Мері-Естер Коуелл, дочки головного судового виконавця острова Мен. У них було три сини і одна дочка. Незабаром після загибелі молодшого сина у другій світовій війні, здоров’я Б. похитнулося. Він помер у своєму будинку в Единбурзі 23 жовтня 1944 р.

Б. відрізнявся дружелюбністю і м’якістю характеру, був глибоко релігійним прихожанином методистської церкви. За довгі роки перебування членом екзаменаційного комітету британських університетів він здобув собі репутацію знає і чесної людини. Крім співу, він любив грати в гольф і їздити на автомобілі по шотландським передгір’я.

Б. був членом Лондонського королівського товариства, нагороджений медаллю Хьюза цього товариства (1917). Йому були присвоєні почесні вчені ступені Ліверпульського університету та кількох інших навчальних закладів.