Йоханнес Штарк

Биография

Немецкий физик Йоханнес Штарк родился в Шикенхофе (Бавария) в семье землевладельца. Учился в средних школах Байрейта и Регенсбурга, а в 1894 г. поступил в Мюнхенский университет, в котором в 1897 г. защитил докторскую диссертацию под названием «Исследования о саже» ("Investigation on Lampblack"). Той же осенью Ш. становится ассистентом Ойгена Ломмеля в Мюнхене. В 1900 г. Ш. переходит в Геттингенский университет ассистентом к Эдуарду Рикке и одновременно становится приват-доцентом (внештатным лектором) того же университета. В Геттингене Ш. проводит следующие шесть лет и успевает зарекомендовать себя талантливым физиком-экспериментатором и «колючей» личностью. Основной его научный интерес в то время – поведение ионов в электрических полях. В 1904 г. он основывает журнал «Ежегодник радиоактивности и электроники» ("Jahrbuch der Radioakti-vitat und Elektronik"), который редактирует на протяжении девяти лет.

В 1905 г. Ш. наблюдает доплеровский сдвиг в канальных лучах. Канальные лучи представляют собой поток положительных ионов (заряженных атомов), ускоренно движущихся в вакууме к электроду и проходящих сквозь отверстия (каналы) в нем. Как обнаружил Вильгельм Вин, также ионы разгоняются до необычайно выс

оких скоростей; движение ионов оказывает влияние на наблюдаемые частоты испускаемого ими света. Частоты понижаются, когда ионы движутся от наблюдателя, и повышаются, когда ионы движутся к наблюдателю. Это изменение частоты, или доплеровский эффект, хорошо известно из спектров звезд (спектр представл

яет собой серию цветных линий, возникающих при разделении света на образующие его частоты, или длины волн). Но Ш. был первым, кому удалось наблюдать эффект Доплера в излучении от земного источника.

В начале своей научной деятельности Ш. с симпатией относился к теориям, порывавшим с идеями классич

еской физики. Когда Альберт Эйнштейн в 1905 г. предложил специальную теорию относительности, Ш. был среди ее первых сторонников, а поскольку теория относительности описывает поведение движущихся тел, он предложил свои наблюдения доплеровского эффекта в подтверждение теории относительности. В 1907 г.

он обращается к Эйнштейну с просьбой предоставить для публикации в "Jahrbuch der Radioaktivitat und Electronik" статью по теории относительности и всячески отстаивает идею Эйнштейна о корпускулярной природе света (при определенных условиях свет ведет себя как поток частиц – корпускул, или порций эн

ергии – квантов), которая отвергалась вплоть до 20-х гг.

В 1906 г. Ш. оставляет Геттинген, чтобы занять пост профессора в Техническом университете Ганновера. Однако на новом месте его трудный характер приводит к осложнениям в отношениях с его начальником, который неоднократно пытался уволить Ш. Э

ти сложные отношения удалось разрешить только в 1909 г., когда с помощью физика-теоретика Арнольда Зоммерфельда Ш. становится полным (действительным) профессором Технического университета в Ахене. Однако вскоре Ш. ссорится с Зоммерфельдом по поводу природы рентгеновского излучения, испускаемого элек

тронами при торможении. Первый утверждал. что для объяснения характерных особенностей этого явления требуется квантовая теория, тогда как второй считал, что для адекватного описания явления достаточно классического электромагнетизма. Спор сторон, который велся на страницах научной печати, закончился

тяжелой размолвкой, и никогда больше они не возобновляли дружеских отношений.

В 1896 г. нидерландский физик Питер Зееман обнаружил, что магнитное поле, приложенное к светящемуся газу, расщепляет каждую из его спектральных линий на три или более линии, расположенных почти вплотную друг к другу (э

ффект Зеемана). В 1913 г. Ш., воспользовавшись и на этот раз канальными лучами, осуществляет аналогичное расщепление спектральных линий водорода во внешнем электрическом поле. Это явление, известное под названием эффекта Штарка, безуспешно пытались воспроизвести другие ученые. В рамках классической

электромагнитной теории эффект Штарка был необъясним.

Но в начале 1913 г. Нильс Бор предлагает квантовую теорию атома водорода. Согласно этой теории, электроны занимают вполне определенные орбиты, каждая из которых соответствует вполне конкретному энергетическому уровню. В теории Бора спектральны

е линии водорода возникают при переходах электронов с одной орбиты на другую. Каждый переход сопровождается излучением определенной длины волны. Как показали в 1916 г. Зоммерфельд и Пауль Эйнштейн, наложенное извне электрическое поле изменяет электронные орбиты в атоме. При этом возникают различные

энергетические уровни и те самые кратные спектральные линии, которые наблюдал Ш. Таким образом, открытие Ш. подтвердило модель атома Бора и квантовую теорию в целом.

В 1919 г. Ш. был удостоен Нобелевской премии по физике «за открытие эффекта Доплера в канальных лучах и расщепления спектральных ли

ний в электрических полях». Выступая на церемонии презентации лауреата, А.Г. Экстранд, член Шведской королевской академии наук, заявил: «Открытие... оказалось эффективным средством доказательства того, что частицы канальных лучей являются светящимися атомами, или атомными ионами. Дальнейшее исследов

ание эффекта Доплера в спектрах канальных лучей, осуществленное главным образом Ш. и его учениками, привело к необычайно важным результатам не только относительно самих канальных лучей, но и относительно природы различных спектров, которые может испускать в различных обстоятельствах один и тот же хи

мический элемент».

После открытия эффекта, носящего ныне его имя, научные и политические взгляды Ш. становятся все более реакционными. Несмотря на то что его собственные работы явились важным подтверждением модели атома Бора, Ш. так и не принял выводов Бора. В Нобелевской лекции он утверждал, буд

то модель Бора противоречит «самому духу физики». Энтузиазм, с которым он некогда относился к теории Эйнштейна, бесследно исчез, и, хотя и квантовая теория, и теория относительности получали все большее научное обоснование, он отвергал обе теории. Ш. неприязненно относился и к политическим взглядам

Эйнштейна (в годы первой мировой войны Эйнштейн придерживался пацифистских взглядов), и к его научным трудам. В 1917 г. Ш. намеревался занять пост профессора физики в Геттингенском университете, но получил отказ и принял предложение стать профессором физики Грейфевальдского университета, преподавате

ли которого придерживались консервативных научных и политических взглядов.

С недоверием относясь к демократическому веймарскому правительству, послевоенной Германии и к берлинским физикам, игравшим главную роль в Германском физическом обществе, Ш. в 1920 г. предпринимает попытку организовать неза

висимую физическую ассоциацию в надежде на то, что ассоциация сможет выступить в роли консультанта правительства. Из этой затеи ничего не вышло: не пользующаяся поддержкой физиков ассоциация не могла оказывать никакого влияния на веймарское правительство. В том же 1920 г. Ш. принимает кафедру физики

Вюрцбургского университета, но ссора с коллегами вынуждает его через два года подать в отставку. В бытность свою в Вюрцбурге он становится владельцем фарфоровой фабрики. Этот его шаг многие физики сочли неэтичным, так как значительная часть капитала была заимствована им из Нобелевской премии.

сле провала затеи с фарфоровой фабрикой Ш. предпринимает попытку вернуться к академической деятельности. Он выдвигает свою кандидатуру на вакантный пост директора Государственного физико-технического института в Берлине, но не проходит по конкурсу и следующие несколько лет проводит в вынужденной отс

тавке в семейном поместье неподалеку от Траунштейна в Баварии. Ш. рассчитывал занять еще несколько академических постов, но всякий раз его кандидатуру отвергали, по-видимому, потому, что он нажил слишком много врагов. Одним из немногих оставшихся союзников Ш. был Филипп фон Ленард, ревностный против

ник того, что сам Ленард назвал «еврейской догматической физикой». Ш. становится одним из ведущих апологетов арийской физики (по разъяснению самого Ленарда, под этим термином он подразумевал физику, «отвергающую высокоабстрактные теории, развиваемые еврейскими физиками»). Своим главным врагом сторон

ники арийской физики считали Эйнштейна.

Как уроженец южной Германии, Ш. был знаком с нацистской партией и поддерживал Адольфа Гитлера с начала 20-х гг. Когда в 1933 г. нацисты пришли к власти и пост директора Государственного физико-технического института вновь стал вакантным, партийные связи Ш.

обеспечили ему этот пост. В качестве директора института он вынашивал амбициозные планы реорганизации всей немецкой науки. Ш. принял на себя и президентство в Германской исследовательской ассоциации. Однако из-за горячности, с которой он нападал на всех ученых (не обязательно евреев), осмеливавшихся

выступать в защиту современной физики, в том числе на Зоммерфельда, Макса фон Лауэ и Вернера Гейзенберга, которых он называл «белыми евреями в науке», влияние его среди немецких физиков было невелико. Кроме того, Ш. нажил себе врагов в имперском министерстве образования, под эгидой которого действо

вала исследовательская ассоциация. Ни одному из его планов не суждено было сбыться, и в конце концов Ш. впал в немилость у нацистского идеолога Альфреда Розенберга. В 1936 г. после провала схемы добычи золота, которую он поддерживал, Ш. был вынужден подать в отставку. Однако вплоть до 1939 г. он про

должал оставаться на посту директора Государственного физико-технического института.

После 1939 г. Ш. уходит на покой и живет в своем имении, где строит для себя частную лабораторию. Последняя его попытка заняться самостоятельной научной деятельностью – предполагаемое открытие изгибания луча свет

а в неоднородном электрическом поле – окончилась провалом.

Ш. был женат на Луизе Юплер. От этого брака родилось пятеро детей. На досуге Ш. любил заниматься лесоводством и садоводством. Он умер 21 июня 1957 г.

Кроме Нобелевской премии, Ш. был удостоен премии Баумгартнера Венской академии наук,