James Franck -James Franck
James Franck | |
|---|---|
 Franco em 1925
| |
| Nascer |
26 de agosto de 1882 |
| Morreu | 21 de maio de 1964 (81 anos) |
| Nacionalidade | Alemão |
| Cidadania |
Alemanha Estados Unidos |
| Alma mater |
Universidade de Heidelberg Universidade de Berlim |
| Conhecido por |
Princípio de Franck-Condon Experiência de Franck-Hertz Relatório de Franck |
| Prêmios | |
| Carreira científica | |
| Campos | Física |
| Instituições |
Universidade de Berlim Universidade de Göttingen Johns Hopkins University Laboratório Metalúrgico da Universidade de Chicago |
| Tese | Über die Beweglichkeit der Ladungsträger der Spitzenentladung (1906) |
| Orientador de doutorado |
Emil Gabriel Warburg Paul Drude |
| Estudantes de doutorado |
Wilhelm Hanle Arthur R. von Hippel Theodore Puck |
James Franck ( pronúncia alemã: [dʒɛɪ̯ms ˈfʁaŋk] ( ouvir )
; 26 de agosto de 1882 - 21 de maio de 1964) foi um físico alemão que ganhou o Prêmio Nobel de Física de 1925 com Gustav Hertz "por sua descoberta das leis que regem o impacto de um elétron sobre um átomo". Concluiu o doutorado em 1906 e a habilitação em 1911 na Universidade Frederick William em Berlim, onde lecionou e lecionou até 1918, tendo alcançado o cargo de professor extraordinário . Ele serviu como voluntário no exército alemão durante a Primeira Guerra Mundial . Ele foi gravemente ferido em 1917 em um ataque com gás e foi premiado com a Cruz de Ferro de 1ª Classe.
Franck tornou-se o Chefe da Divisão de Física da Kaiser Wilhelm Gesellschaft para Físico-Química. Em 1920, Franck tornou -se professor ordinarius de física experimental e diretor do Segundo Instituto de Física Experimental da Universidade de Göttingen . Enquanto lá, ele trabalhou em física quântica com Max Born , que foi diretor do Instituto de Física Teórica. Seu trabalho incluiu o experimento de Franck-Hertz , uma importante confirmação do modelo de Bohr do átomo . Ele promoveu as carreiras de mulheres em física, notadamente Lise Meitner , Hertha Sponer e Hilde Levi .
Depois que o Partido Nazista chegou ao poder na Alemanha em 1933, Franck renunciou ao cargo em protesto contra a demissão de colegas acadêmicos. Ele ajudou Frederick Lindemann a ajudar cientistas judeus demitidos a encontrar trabalho no exterior, antes de deixar a Alemanha em novembro de 1933. Depois de um ano no Instituto Niels Bohr na Dinamarca , mudou-se para os Estados Unidos, onde trabalhou na Universidade Johns Hopkins em Baltimore e depois a Universidade de Chicago . Durante este período ele se interessou pela fotossíntese .
Franck participou do Projeto Manhattan durante a Segunda Guerra Mundial como Diretor da Divisão de Química do Laboratório Metalúrgico . Ele também foi o presidente do Comitê de Problemas Políticos e Sociais sobre a bomba atômica, que é mais conhecido pela compilação do Relatório Franck , que recomendou que as bombas atômicas não fossem usadas nas cidades japonesas sem aviso prévio.
Vida pregressa
James Franck nasceu em Hamburgo , Alemanha, em 26 de agosto de 1882, em uma família judia , o segundo filho e primeiro filho de Jacob Franck, um banqueiro, e sua esposa Rebecca née Nachum Drucker. Ele tinha uma irmã mais velha, Paula, e um irmão mais novo, Robert Bernard. Seu pai era um homem devoto e religioso, enquanto sua mãe vinha de uma família de rabinos. Franck frequentou a escola primária em Hamburgo. A partir de 1891, ele frequentou o Wilhelm-Gymnasium , que era então uma escola apenas para meninos.
Hamburgo não tinha universidade na época, então os futuros alunos tinham que frequentar uma das 22 universidades em outros lugares da Alemanha. Com a intenção de estudar direito e economia, Franck ingressou na Universidade de Heidelberg em 1901, pois tinha uma renomada faculdade de direito. Ele assistiu a palestras sobre direito, mas estava muito mais interessado em ciências. Enquanto estava lá, ele conheceu Max Born , que se tornaria um amigo para toda a vida. Com a ajuda de Born, ele conseguiu convencer seus pais a permitir que ele passasse a estudar física e química. Franck assistiu a palestras de matemática de Leo Königsberger e Georg Cantor , mas Heidelberg não era forte em ciências físicas, então decidiu ir para a Universidade Frederick William em Berlim.
Em Berlim, Franck assistiu a palestras de Max Planck e Emil Warburg . Em 28 de julho de 1904, ele salvou duas crianças do afogamento no rio Spree . Para seu Doutor em Filosofia (Dir. Phil.) sob a supervisão de Warburg, Warburg sugeriu que ele estudasse descargas corona . Franck achou esse tópico muito complexo, então mudou o foco de sua tese . Intitulado Über die Beweglichkeit der Ladungsträger der Spitzenentladung ("Sobre a mobilidade dos íons "), seria posteriormente publicado no Annalen der Physik .
Com sua tese concluída, Franck teve que cumprir seu serviço militar diferido. Ele foi convocado em 1º de outubro de 1906 e se juntou ao 1º Batalhão de Telégrafos. Ele sofreu um pequeno acidente de equitação em dezembro e foi dispensado como inapto para o serviço. Ele assumiu um cargo de assistente na Physikalische Verein em Frankfurt em 1907, mas não gostou, e logo retornou à Universidade Frederick William. Em um concerto, Franck conheceu Ingrid Josephson, uma pianista sueca. Eles se casaram em uma cerimônia sueca em Gotemburgo em 23 de dezembro de 1907. Eles tiveram duas filhas, Dagmar (Daggie), nascida em 1909, e Elisabeth (Lisa), nascida em 1912.
Para seguir uma carreira acadêmica na Alemanha, ter doutorado não era suficiente; era preciso uma venia legendi , ou habilitação. Isso poderia ser alcançado com outra tese importante ou produzindo um corpo substancial de trabalhos publicados. Franck escolheu a última rota. Havia muitos problemas não resolvidos na física na época e, em 1914, ele publicou 34 artigos. Ele foi o único autor de alguns, mas geralmente preferiu trabalhar em colaboração com Eva von Bahr , Lise Meitner , Robert Pohl , Peter Pringsheim , Robert W. Wood , Arthur Wehnelt ou Wilhelm Westphal . Sua colaboração mais frutífera foi com Gustav Hertz , com quem escreveu 19 artigos. Ele recebeu sua habilitação em 20 de maio de 1911.
Experiência de Franck-Hertz
Em 1914, Franck juntou-se a Hertz para realizar um experimento para investigar a fluorescência . Eles projetaram um tubo de vácuo para estudar elétrons energéticos que voavam através de um fino vapor de átomos de mercúrio . Eles descobriram que quando um elétron colidia com um átomo de mercúrio, ele poderia perder apenas uma quantidade específica (4,9 elétron-volts ) de sua energia cinética antes de voar. Um elétron mais rápido não desacelera completamente após uma colisão, mas perde precisamente a mesma quantidade de sua energia cinética. Os elétrons mais lentos apenas ricocheteiam nos átomos de mercúrio sem perder nenhuma velocidade significativa ou energia cinética.
Esses resultados experimentais confirmaram o efeito fotoelétrico de Albert Einstein e a relação de Planck (E = fh) ligando energia (E) e frequência (f) decorrente da quantização de energia com a constante de Planck (h). Mas eles também forneceram evidências que apoiavam o modelo do átomo que havia sido proposto no ano anterior por Niels Bohr . Sua principal característica era que um elétron dentro de um átomo ocupa um dos "níveis de energia quântica" do átomo. Antes de uma colisão, um elétron dentro do átomo de mercúrio ocupa seu nível de energia mais baixo disponível. Após a colisão, o elétron dentro ocupa um nível de energia mais alto com 4,9 elétron-volts (eV) a mais de energia. Isso significa que o elétron está mais frouxamente ligado ao átomo de mercúrio. Não havia níveis intermediários ou possibilidades.
Em um segundo artigo apresentado em maio de 1914, Franck e Hertz relataram a emissão de luz pelos átomos de mercúrio que absorveram energia de colisões. Eles mostraram que o comprimento de onda dessa luz ultravioleta correspondia exatamente aos 4,9 eV de energia que o elétron voador havia perdido. A relação entre energia e comprimento de onda também foi prevista por Bohr. Franck e Hertz completaram seu último artigo juntos em dezembro de 1918. Nele, eles reconciliaram as discrepâncias entre seus resultados e a teoria de Bohr, que agora reconheciam. Em sua palestra do Nobel, Franck admitiu que era "completamente incompreensível que não tivéssemos reconhecido o significado fundamental da teoria de Bohr, tanto que nunca a mencionamos uma vez". Em 10 de dezembro de 1926, Franck e Hertz receberam o Prêmio Nobel de Física de 1925 "por sua descoberta das leis que governam o impacto de um elétron sobre um átomo".
Primeira Guerra Mundial
Franck se alistou no exército alemão logo após a eclosão da Primeira Guerra Mundial em agosto de 1914. Em dezembro foi enviado para o setor Picardia da Frente Ocidental . Tornou-se suboficial ( offizierstellvertreter ) e depois tenente ( leutnant ) em 1915. No início de 1915 foi transferido para a nova unidade de Fritz Haber que introduziria nuvens de gás cloro como arma. Com Otto Hahn , ele foi responsável por localizar os locais dos ataques. Foi condecorado com a Cruz de Ferro , Segunda Classe, em 30 de março de 1915, e a cidade de Hamburgo concedeu-lhe a Cruz Hanseática em 11 de janeiro de 1916. No hospital com pleurisia , ele co-escreveu mais um artigo científico com Hertz, e foi nomeado professor assistente em sua ausência pela Universidade Frederick William em 19 de setembro de 1916. Enviado para a frente russa , ele ficou com disenteria . Ele retornou a Berlim, onde se juntou a Hertz, Westphal, Hans Geiger , Otto Hahn e outros no Haber's Kaiser Wilhelm Institute for Physical Chemistry and Electrochemistry , trabalhando no desenvolvimento de máscaras de gás . Ele foi premiado com a Cruz de Ferro, Primeira Classe, em 23 de fevereiro de 1918. Ele foi dispensado do Exército em 25 de novembro de 1918, logo após o fim da guerra.
Com o fim da guerra, o Instituto Kaiser Wilhelm de Haber voltou a pesquisar, e Haber ofereceu um emprego a Franck. Seu novo posto veio com mais remuneração, mas não era um cargo permanente. No entanto, permitiu que Franck continuasse sua pesquisa como desejasse. Trabalhando com colaboradores novos e mais jovens, como Walter Grotrian , Paul Knipping, Thea Krüger, Fritz Reiche e Hertha Sponer , seus primeiros trabalhos no Instituto Kaiser Wilhelm examinaram elétrons atômicos em seu estado excitado, resultados que mais tarde se mostrariam importantes no desenvolvimento do laser . Eles cunharam o termo " metaestável " para átomos que passam um longo tempo em um estado diferente daquele de menor energia . Quando Niels Bohr visitou Berlim em 1920, Meitner e Franck combinaram que ele fosse ao Instituto Kaiser Wilhelm para conversar com a equipe mais jovem sem a presença dos bonzen ("grandes").
Göttingen
Em 1920, a Universidade de Göttingen ofereceu a Max Born sua cadeira de física teórica, que havia sido recentemente desocupada por Peter Debye . Göttingen foi um importante centro para a matemática, graças a David Hilbert , Felix Klein , Hermann Minkowski e Carl Runge , mas não tanto para a física. Isso mudaria. Como parte de seu preço para vir a Göttingen, Born queria que Franck dirigisse a física experimental lá. Em 15 de novembro de 1920, Franck tornou-se Professor de Física Experimental e Diretor do Segundo Instituto de Física Experimental, um professor ordinarius pleno . Ele recebeu dois assistentes, então ele trouxe Hertha Sponer com ele de Berlim para preencher uma das posições. Pohl, um professor talentoso, chefiava o Primeiro Instituto e dirigia as palestras. Franck remodelou o laboratório com equipamentos de última geração usando fundos do seu próprio bolso.
Sob Born e Franck, Göttingen foi um dos maiores centros mundiais de física entre 1920 e 1933. Embora tenham publicado apenas três artigos juntos, Born e Franck discutiram cada um de seus artigos entre si. A admissão no laboratório de Franck tornou-se altamente competitiva. Seus alunos de doutorado incluíram Hans Kopfermann , Arthur R. von Hippel , Wilhelm Hanle , Fritz Houtermans , Heinrich Kuhn , Werner Kroebel , Walter Lochte-Holtgreven e Heinz Maier-Leibnitz . Ao supervisionar os doutorandos, Franck tinha que garantir que os tópicos da tese fossem bem definidos, e ensinaria o candidato a conduzir pesquisas originais, mantendo-se dentro dos limites da capacidade do candidato, do equipamento do laboratório e do orçamento do instituto. Sob sua direção, foram realizadas pesquisas sobre a estrutura de átomos e moléculas.
Em sua própria pesquisa, Franck desenvolveu o que ficou conhecido como princípio de Franck-Condon , uma regra em espectroscopia e química quântica que explica a intensidade das transições vibrônicas , mudanças simultâneas nos níveis de energia eletrônica e vibracional de uma molécula devido à absorção ou emissão de um fóton de energia apropriada. O princípio afirma que durante uma transição eletrônica , uma mudança de um nível de energia vibracional para outro será mais provável de acontecer se as duas funções de onda vibracionais se sobrepuserem mais significativamente. Desde então, o princípio tem sido aplicado a uma ampla variedade de fenômenos relacionados.
Exílio
Este período chegou ao fim quando o Partido Nazista conquistou o poder na Alemanha em uma eleição em 2 de março de 1933. No mês seguinte, promulgou a Lei para a Restauração do Serviço Público Profissional , que previa a aposentadoria ou demissão de todos os funcionários públicos judeus. , juntamente com opositores políticos do governo. Como veterano da Primeira Guerra Mundial, Franck estava isento, mas mesmo assim apresentou sua demissão em 17 de abril de 1933. Certa vez, ele comentou que a ciência era seu Deus e a natureza era sua religião. Ele não exigia que suas filhas freqüentassem aulas de instrução religiosa na escola, e até mesmo deixou que elas tivessem uma árvore decorada no Natal; mas mesmo assim ele se orgulhava de sua herança judaica. Ele foi o primeiro acadêmico a renunciar em protesto contra a lei. Jornais de todo o mundo noticiaram, mas nenhum governo ou universidade protestou.
Franck ajudou Frederick Lindemann a ajudar cientistas judeus demitidos a encontrar trabalho no exterior, antes de deixar a Alemanha em novembro de 1933. Após uma breve visita aos Estados Unidos, onde mediu a absorção de luz em água pesada com Wood na Universidade Johns Hopkins , ele assumiu um cargo no Instituto Niels Bohr em Copenhague . Ele precisava de um novo colaborador, então ele contratou Hilde Levi , cuja tese recente o impressionou. Sua intenção original era continuar sua pesquisa sobre a fluorescência de vapores e líquidos, mas sob a influência de Bohr eles começaram a se interessar pelos aspectos biológicos dessas reações, particularmente a fotossíntese , o processo pelo qual as plantas usam a luz para converter dióxido de carbono e água em mais compostos orgânicos. Os processos biológicos revelaram-se muito mais complicados do que simples reações em átomos e moléculas. Ele foi co-autor de dois artigos com Levi sobre o assunto, aos quais retornaria nos anos seguintes.
Franck encontrou uma posição no Polytekniske Læreanstalt em Copenhague para Arthur von Hippel, que agora era seu genro, tendo se casado com sua filha Dagmar. Ele decidiu fornecer segurança financeira para seus filhos, dividindo o dinheiro do Prêmio Nobel entre eles. A medalha de ouro em si foi confiada a Niels Bohr para custódia. Quando a Alemanha invadiu a Dinamarca em 9 de abril de 1940, o químico húngaro George de Hevesy dissolveu a medalha de ouro, juntamente com a de Max von Laue em água régia para evitar que os alemães as tomassem. Ele colocou a solução resultante em uma prateleira em seu laboratório no Instituto Niels Bohr. Após a guerra, ele voltou para encontrar a solução intacta e precipitou o ouro do ácido. A Sociedade Nobel, então, reformulou as medalhas do Prêmio Nobel.
Em 1935, Franck mudou-se para os Estados Unidos, onde aceitou uma cátedra na Universidade Johns Hopkins. O laboratório de lá estava mal equipado em comparação com o de Göttingen, mas ele recebeu US$ 10.000 por equipamentos da Fundação Rockefeller . Um problema mais intratável era que a universidade não tinha dinheiro para contratar pessoal qualificado. Franck estava preocupado com a permanência de seus familiares na Alemanha e precisava de dinheiro para ajudá-los a emigrar. Ele, portanto, aceitou uma oferta da Universidade de Chicago , onde seu trabalho sobre fotossíntese havia despertado interesse, em 1938.
O primeiro artigo de Franck lá, em co-autoria com Edward Teller , foi sobre processos fotoquímicos em cristais. Hans Gaffron tornou-se seu colaborador. Eles se juntaram a Pringsheim, que escapou da Bélgica após a invasão alemã . Franck arranjou uma posição para Pringsheim em seu laboratório. Suas filhas e suas famílias se mudaram para os Estados Unidos, e ele também conseguiu trazer sua mãe e tia idosas. Ele se naturalizou cidadão dos Estados Unidos em 21 de julho de 1941, então ele não era um estrangeiro inimigo quando os Estados Unidos declararam guerra à Alemanha em 11 de dezembro de 1941. Suas filhas ainda eram, então elas foram impedidas de viajar e não podiam levar cuidar de sua mãe quando ela adoeceu e morreu em 10 de janeiro de 1942, embora eles foram autorizados a comparecer ao seu funeral.
Em fevereiro de 1942, Arthur H. Compton estabeleceu seu Laboratório Metalúrgico na Universidade de Chicago. Como parte do Projeto Manhattan , sua missão era construir reatores nucleares para criar plutônio que seria usado em bombas atômicas . A Divisão de Química do Laboratório Metalúrgico foi inicialmente chefiada por Frank Spedding , mas ele preferia o trabalho prático à administração. Compton então virou-se para Franck, com alguma apreensão devido à sua origem alemã. Compton mais tarde escreveu:
Como Franck recebeu um convite para se juntar ao nosso projeto! Foi um voto de confiança que superou em muito suas esperanças e lhe deu a chance de fazer sua parte pela causa da liberdade. "Não é contra o povo alemão que estou lutando", explicou. "São os nazistas. Eles têm um domínio sobre a Alemanha. O povo alemão está indefeso até que possamos quebrar a força de seus mestres nazistas." Os químicos deram as boas-vindas a Franck como um estadista científico mais velho, cuja orientação eles ficaram felizes em seguir.
Além de chefiar a Divisão de Química, Franck também foi o presidente do Comitê de Problemas Políticos e Sociais do Laboratório Metalúrgico sobre a bomba atômica, que consistia em ele e Donald J. Hughes , JJ Nickson , Eugene Rabinowitch , Glenn T. Seaborg , JC Stearns e Leó Szilárd . Em 1945, Franck alertou Henry A. Wallace sobre seus temores de que "a humanidade tenha aprendido a liberar a energia atômica sem estar ética e politicamente preparada para usá-la com sabedoria". O comitê compilou o que ficou conhecido como o Relatório Franck . Terminado em 11 de junho de 1945, recomendou que as bombas atômicas não fossem usadas nas cidades japonesas sem aviso prévio. De qualquer forma, o Comitê Provisório decidiu de outra forma.
Mais tarde na vida
Franck casou -se com Hertha Sponer em uma cerimônia civil em 29 de junho de 1946, sua primeira esposa, Ingrid, morreu em 1942. Em sua pesquisa pós-guerra, ele continuou a abordar o problema de explicar o mecanismo da fotossíntese. Meitner não viu nenhuma ruptura entre seu trabalho inicial e posterior. Ela lembrou que
Franck gostava de falar sobre seus problemas, não tanto para explicá-los aos outros, mas para satisfazer sua própria mente. Uma vez que um problema despertava seu interesse, ele ficava completamente cativado, na verdade obcecado por ele. O bom senso e a lógica direta eram suas principais ferramentas, juntamente com aparatos simples. Sua pesquisa seguiu uma linha quase reta, desde seus primeiros estudos de mobilidade de íons até seu último trabalho sobre fotossíntese; era sempre a troca de energia entre átomos ou moléculas que o fascinava.
Além do Prêmio Nobel. Franck recebeu a medalha Max Planck da Deutsche Physikalische Gesellschaft em 1951 e a Medalha Rumford da Academia Americana de Artes e Ciências por seu trabalho sobre fotossíntese em 1955. Tornou-se cidadão honorário de Göttingen em 1953 e foi eleito membro estrangeiro da Royal Society (ForMemRS) em 1964 .
Ele morreu repentinamente de um ataque cardíaco enquanto visitava Göttingen em 21 de maio de 1964 e foi enterrado em Chicago com sua primeira esposa.
Em 1967, a Universidade de Chicago nomeou o James Franck Institute em sua homenagem. Uma cratera lunar também foi nomeada em sua homenagem. Seus trabalhos estão na Biblioteca da Universidade de Chicago.
Notas
Referências
- Compton, Arthur (1956). Busca Atômica . Nova York: Oxford University Press. OCLC 173307 .
- de Hevesy, Georg (1962). Aventuras na Pesquisa de Radioisótopos . Nova York: Pergamon Press. OCLC 12162216 . Recuperado em 20 de junho de 2015 .
- Kuhn, Heinrich Gerhard (novembro de 1965). "James Franck. 1882-1964" . Memórias biográficas de membros da Royal Society . 11 : 53-74. doi : 10.1098/rsbm.1965.0004 . JSTOR 769261 .
- Lemerich, Jost (2011). Ciência e Consciência: A vida de James Franck . Traduzido por Ann M. Hentschel. Stanford, Califórnia: Stanford University Press. ISBN 978-0-8047-7909-8.
- Nachmansohn, David (1979). Pioneiros judeus-alemães na ciência, 1900-1933: destaques em física atômica, química e bioquímica . Nova York: Springer-Verlag. ISBN 978-0-38790-402-3.
- Arroz, Stuart A. ; Jortner, Joshua (2010). "James Franck 1882-1964: A Biographic Memoir" (PDF) . Academia Nacional de Ciências dos EUA . Recuperado em 16 de junho de 2015 .
- Schweber, Silvan S. (2012). Forças Nucleares: A Formação do Físico Hans Bethe . Cambridge, Massachusetts: Harvard University Press. ISBN 978-0-674-06587-1. OCLC 758383322 .
Leitura adicional
- Medawar, Jean ; Pike, David (2012). Presente de Hitler: A verdadeira história dos cientistas expulsos pelo regime nazista . Nova York: Editora Arcade. ISBN 978-1-61145-709-4.
links externos
- James Franck em Nobelprize.org incluindo a Palestra Nobel, 11 de dezembro de 1926 Transformação da Energia Cinética de Elétrons Livres em Energia de Excitação de Átomos por Impactos
