Джеймс Франк

Німецький фізик Дж. Франк народився 26 серпня 1882 р. у Гамбурзі в родині банкіра. У гамбурзькій гімназії, де навчався Франк, упор робився на класичну освіту й мови — предмети, які його не цікавили.

Коли в 1901 р. батько послав його в Гейдельберзький університет, то очікувалося, що Франк вивчить юриспруденцію та економіку, після чого займеться традиційною для його родини банківською справою. Проте в Гейдельберзі він вивчав також геологію і хімію, тут він зустрів Макса Борна, який підтримав інтерес Джеймса до науки. Пізніше Борн переконав батьків Франка допомогти синові в його прагненні отримати наукову освіту.

У 1902 р. Дж. Франк перейшов до Берлінського університету, тодішнього центру фізичної науки та освіти в Німеччині. Докторський ступінь він отримав в 1906 р. за дослідження рухи іонів в газових розрядах. Після короткого періоду роботи асистентом-викладачем в університеті Франкфурта-на-Майні Джеймс Франк повернувся в Берлінський університет асистентом фізичної лабораторії та став лектором у цьому ж університеті у 1911 р.

Дж. Франк почав спільну роботу з Густавом Герцом в 1913 р. У своїх перших спільних експериментах Франк і Герц досліджували взаємодію електронів з атомами благородних газів низької густини. Саме ця робота, що вивчала непружні зіткнення, привела Франка та Герца до відкриття квантової передачі енергії в зіткненнях атомів і електронів.

Дослідження Франка було перервано першою світовою війною. Він служив офіцером на російсько-німецькому фронті і після важкого захворювання був відправлений у тил.

По закінчені війни (1917 р.) Франк очолив секцію в Інституті фізичної хімії Кайзера Вільгельма (Берлін). 1921–1934 рр. займав посаду професора Геттінгенського університету й директора Фізичного інституту.

James Franck, Chicago 1952

У 1926 р. Шведська королівська академія наук нагородила Нобелівською премією з фізики за 1925 р. Франка та Герца «за відкриття законів зіткнень електронів з атомами». У своїй Нобелівській лекції Дж. Франк вказав, що «перші роботи Нільса Бора з теорії атома з'явилися за півроку до закінчення цієї роботи». «Згодом, — продовжував він, — мені здавалося цілком незрозумілих, чому ми не усвідомили фундаментального значення теорії Бора, причому до такої міри, що жодного разу навіть не згадали про неї в своїй науковій доповіді».

Після того, як Адольф Гітлер став рейхсканцлером (1933), німецький уряд став виганяти євреїв з академічних посад. Хоча Франк і був євреєм, але його заслуги в період першої світової війни спочатку захищали його від усунення з посади. Він, втім, сам подав у відставку, оскільки не хотів виконувати вказівку про звільнення співробітників і студентів єврейської національності. Він заявив про свою незгоду публічно, що було актом особистої мужності. Перед тим як покинути Німеччину, Франк, незважаючи на економічну депресію, зумів знайти роботу закордоном для кожного члена своєї лабораторії.

1935 р. емігрував до Сполучених Штатів, де працював на посаді професора Університету Джонса Гопкінса, а через 3 роки був призначений професором фізичної хімії й директором нової лабораторії фотосинтезу Чиказького університету.

1941 Франк став американським громадянином. Після вступу США в другу світову війну Франк керував хімічним відділом металургійної лабораторії Чиказького університету, яка була складовою частиною Манхеттенського проекту створення атомної бомби. Після поразки Німеччини Франк очолив комітет, який вивчав соціальні та політичні наслідки застосування ядерної зброї. У доповіді комітету, виголошеній у червні 1945, йшлося про заборону застосування ядерної зброї у військових цілях, доки вона не буде продемонстрована в будь-якому ненаселеному місці представниками всіх націй. 1949 він став почесним професором у відставці Чиказького університету й продовжував активні дослідження, особливо з фотосинтезу.

Дж. Франк помер раптово, коли вони з дружиною в 1964 р. гостювали у друзів у Геттінгені.

Дж. Франк і Густавом Герцом розпочали свої експерименти з розсіяння електронів в розріджених благородних газах у 1913. Вони виявили, що при низьких енергіях зіткнення електронів з атомами газів відбувається без великої втрати енергії, тобто ці зіткнення є пружними. У 1914 вчені повторили свої досліди, використовуючи пару ртуті, і виявили, що електрони сильно взаємодіють з атомами ртуті, віддаючи їм частку своєї енергії. Такі зіткнення називаються непружними.

У проміжку від 1900 і часу експериментів Франка та Герца Макс Планк, Альберт Ейнштейн і Нільс Бор розпочали створення квантової теорії. Ця теорія передбачала, що енергія передається речовині не неперервно, а дискретними порціями, які Ейнштейн назвав квантами. Енергія кванта світла виражається через частоту за допомогою множника, відомого як стала Планка. У 1913 Бор запропонував квантову модель атома, в якій електрони рухаються навколо ядра тільки по певних орбітах, що відповідають певним енергетичним станам; коли електрони переходять з однієї орбіти на іншу, вони випромінюють або поглинають кванти. Модель Бора відповідала на деякі заперечення проти планетарної моделі атома й, зокрема, пояснювала дискретність спектрів елементів. При нагріванні газу він поглинає енергію у формі тепла, а потім випромінює її у вигляді світла, кожен елемент випромінює світло специфічних кольорів, або довжин хвиль, які можна розділити, отримавши при цьому серію ліній, що називається спектром елемента. За Бором кожна лінія спектру відповідає певній кількості енергії, що випромінюється при переході електрона з орбіти з вищою енергією на орбіту з нижчою енергією. Хоча ця теорія викликала серед фізиків величезний інтерес і багато в чому переконала їх у справедливості квантової теорії, вона все ж не була підтверджена експериментально.

У своїх знаменитих експериментах Франк і Герц показали, що електрони можуть передавати енергію атому ртуті тільки порціями кратними 4,9 електронвольта. (Один електронвольт — це кількість енергії, яку набирає електрон, прискорений в електричному полі з напругою в один вольт.) Потім Франк і Герц припустили, що атоми ртуті можуть випромінювати енергію, рівну поглинутій, що означало б існування спектральної лінії з визначеною довжиною хвилі. Виявивши цю лінію в спектрі ртуті, Франк і Герц зробили висновок, що атоми при бомбардуванні їх електронами і поглинають, і випромінюють енергію неподільними порціями, або квантами. Робота з газами інших елементів підтвердила це відкриття.

Експерименти Дж. Франк та Герца не лише продемонстрували існування квантів енергії переконливіше, ніж будь-яка попередня робота, але й дали новий метод вимірювання сталої Планка. Більш того, їхні результати видали експериментальне підтвердження моделі Бора. Ні Франк, ні Герц не зрозуміли цього спочатку, звернувши мало уваги на припущення Бора. Однак Бор та інші вчені незабаром скористалися результатами Франка та Герца, щоб підтвердити ідеї Бора, що суттєво вплинуло на розвиток квантової теорії.

У 1953 р. він став почесним громадянином Геттінгена. Франк був членом багатьох наукових організацій, включаючи американську Національну академію наук, Асоціацію сприяння розвитку науки, Американське філософське товариство, Американське хімічне товариство, Американське ботанічне товариство і Лондонське королівське товариство.

• Нобелівська премія з фізики (1925)
• медаль Макса Планка (1951)
• премія Румфорда (1955)

• Принцип Франка — Кондона

• Український громадський комітет підтримки Нобелівського руху^{[недоступне посилання з липня 2019]}