제임스 프랑크
James Franck제임스 프랑크 | |
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태어난 | |
죽은 | 1964년 5월 21일 | (81)
국적 | 독일어 |
시민권 | 독일. 미국 |
모교 | 하이델베르크 대학교 베를린 대학교 |
로 알려져 있다. | 프랑크-콘돈 원리 프랑크-헤르츠 실험 프랑크 보고서 |
수상 |
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과학 경력 | |
필드 | 물리학 |
기관 | 베를린 대학교 괴팅겐 대학교 존스 홉킨스 대학교 시카고의 대학교 메탈릭 연구소 |
논문 | 위버 다이 베글리히케이트 데 라둥스트래거 데르 스피첸entladung (1906) |
박사학위 자문위원 | 에밀 가브리엘 워버그 폴 드루드 |
박사과정 학생 | 빌헬름 헨레 아서 R. 폰 히펠 시어도어 퍽 |
제임스 프랑크(독일어 발음: [ˈdʒɛɪmsms ˈfʁaŋk] (듣기; 1882년 8월 26일 ~ 1964년 5월 21일)는 독일의 물리학자로서 "원자에 대한 전자의 영향을 지배하는 법칙을 발견한 공로로" 구스타프 헤르츠와 함께 1925년 노벨 물리학상을 수상했다.[1]1906년 박사학위를 마치고 1911년 베를린 프레데릭 윌리엄 대학에서 학업을 마치고 1918년까지 강의하고 가르치면서 탁월한 교수 자리에 올랐다.그는 제1차 세계 대전 동안 독일군에서 자원봉사로 복무했다.1917년 가스 공격으로 중상을 입어 철십자 1등상을 받았다.
프랑크는 물리 화학의 카이저 빌헬름 게셀샤프트 물리학부장이 되었다.1920년에 프랑크는 실험물리학 교수이자 괴팅겐 대학 제2실험물리학연구소 소장이 되었다.그곳에서 그는 이론물리연구소 소장이었던 맥스 본과 함께 양자물리학을 연구했다.그의 작품에는 프랑크-이 포함되어 있었다.헤르츠 실험, 원자의 보어 모델에 대한 중요한 확인.그는 특히 리즈 메이트너, 헤르타 스포너, 힐데 레비 등 물리학 분야에서 여성의 경력을 홍보했다.
1933년 나치당이 독일에서 집권한 후, 프랑크는 동료 학자들의 해임에 항의하여 그의 자리를 사임했다.그는 1933년 11월 독일을 떠나기 전 해고된 유대인 과학자들의 해외 취업을 돕는 데 도움을 주었다.덴마크의 닐스 보어 연구소에서 1년을 보낸 뒤 미국으로 건너가 볼티모어의 존스 홉킨스 대학과 시카고 대학에서 근무했다.이 기간 동안 그는 광합성에 관심을 갖게 되었다.
프랑크는 제2차 세계 대전 동안 금속 연구소의 화학 부서장으로 맨해튼 프로젝트에 참여하였다.그는 또한 원자폭탄에 관한 정치사회문제위원회 위원장을 맡았는데, 프랑크 보고서 편집으로 가장 잘 알려져 있는데, 이 보고서는 일본 도시에서 원자폭탄을 예고 없이 사용하지 말 것을 권고했다.
초년기
제임스 프랑크는 1882년 8월 26일 독일 함부르크에서 은행원인 제이콥 프랑크와 그의 아내 레베카 네 나첨 드러커의 둘째 아이와 장남인 유대인 가정에서 태어났다.[2]그에게는 누나인 폴라와 남동생인 로버트 버나드가 있었다.[3]그의 아버지는 경건하고 신앙심이 깊은 사람이었고, 어머니는 랍비 집안 출신이었다.[2]프랑크는 함부르크에서 초등학교를 다녔다.1891년부터 그는 빌헬름-짐스쿨을 다녔는데, 이 학교는 당시 소년 전용 학교였다.[3]
당시 함부르크는 대학이 없었기 때문에 예비 학생들은 독일의 다른 22개 대학 중 한 곳에 다녀야 했다.법과 경제학을 공부하고자 하는 프랑크는 유명한 로스쿨을 가지고 있었기 때문에 1901년에 하이델베르크 대학에 입학했다.[4]그는 법에 관한 강의를 들었지만 과학에 관한 강의에 훨씬 더 관심이 있었다.그곳에서 그는 평생 친구가 될 맥스 본을 만났다.본의 도움으로 그는 부모님을 설득하여 물리학과 화학을 공부하는 것으로 바꿀 수 있었다.[5]프랑크는 레오 쾨니히스베르거와 게오르크 칸토르의 수학 강의에 참석했지만 하이델베르크 교수는 물리과학에 강하지 않아 베를린의 프레데릭 윌리엄 대학에 진학하기로 했다.[4]
베를린에서 프랑크는 맥스 플랑크와 에밀 워버그의 강의를 들었다.[6]1904년 7월 28일, 그는 한 쌍의 아이들을 스프레이 강에서 익사로부터 구했다.[6]그의 철학 박사(Dir.필.) 워버그 감독 아래 워버그는 코로나 방출을 연구할 것을 제안했다.[7]Franck는 이 주제를 너무 복잡하다고 생각했기 때문에 논문의 초점을 바꾸었다.[8]이온의 이동에 관하여([9]On the Mobility of Ions)라는 제목의 뷔르 die Beweglichkeit der Ladungstrager der Sitzenentladung)는 이후 안날렌 데르 파이식(Analen der Phychik)에 발표될 것이다.[10]
그의 논문이 완성되어 프랑크는 그의 연기된 군복무를 수행해야 했다.1906년 10월 1일 소집되어 제1전신대대에 입대하였다.그는 지난 12월 경미한 승마 사고를 당해 근무 부적격자로 제대했다.1907년 프랑크푸르트 피시칼리스체 베레인에서 조교를 맡았으나 즐기지 않았고, 곧 프레데릭 윌리엄 대학교로 돌아왔다.[11]콘서트에서 프랑크는 스웨덴의 피아니스트 잉그리드 조셉슨을 만났다.그들은 1907년 12월 23일 고텐부르크에서 스웨덴의 결혼식에서 결혼했다.그들에게는 1909년생인 다그마르(다기)와 1912년생인 엘리자베스(리사)라는 두 딸이 있었다.[12]
독일에서 학문적 경력을 쌓기 위해서는 박사학위를 받는 것만으로는 충분하지 않았다; 사람들은 정맥 레전디, 즉 하빌리테이션이 필요했다.이것은 또 다른 주요 논문이나 실질적인 출판물 제작을 통해 달성될 수 있다.프랑크는 후자의 길을 택했다.당시 물리학에는 미해결 문제가 많았는데, 1914년까지 34편의 논문을 발표하였다.그는 일부의 유일한 작가였지만, 일반적으로 에바 폰 바흐르, 리즈 메이트너, 로버트 폴, 피터 프링하임 로버트 W와 협력하여 작업하는 것을 선호했다. 우드, 아서 베넬트 또는 빌헬름 웨스트팔.그가 가장 결실을 맺은 협연은 구스타프 헤르츠와 함께 19개의 기사를 썼다.그는 1911년 5월 20일에 결혼했다.[13]
프랑크-헤르츠 실험
1914년, 프랑크는 헤르츠와 팀을 이루어 형광을 조사하기 위한 실험을 했다.그들은 수은 원자의 얇은 증기를 통해 날아가는 정력적인 전자를 연구하기 위해 진공관을 설계했다.그들은 전자가 수은 원자와 충돌할 때, 날아가기 전에 그것의 운동에너지의 특정 양(4.9 전자 볼트)만 잃을 수 있다는 것을 발견했다.더 빠른 전자는 충돌 후 완전히 감속하지 않고 정확히 같은 양의 운동 에너지를 잃는다.느린 전자는 어떤 중요한 속도나 운동에너지도 잃지 않고 수은 원자를 튕겨낼 뿐이다.[14][15]
이러한 실험 결과는 알버트 아인슈타인의 광전 효과와 에너지 (E)와 주파수 (f)를 플랑크의 상수 (h)와 연결시키는 플랑크의 관계 (E = fh)의 확인을 제공했다.그러나 그들은 또한 닐스 보어(Niels Bohr)가 전년에 제안한 원자의 모델을 뒷받침하는 증거도 제공했다.그것의 주요 특징은 원자 내부의 전자가 원자의 "양 에너지 수준" 중 하나를 차지한다는 것이었다.충돌하기 전에 수은 원자 내부의 전자가 사용 가능한 가장 낮은 에너지 수준을 차지한다.충돌 후 내부의 전자는 4.9 전자 볼트(eV)의 더 많은 에너지로 더 높은 에너지 수준을 차지한다.이것은 전자가 수은 원자에 더 느슨하게 묶여 있다는 것을 의미한다.중간 수준이나 가능성은 없었다.[14][16]
1914년 5월에 제시된 두 번째 논문에서 프랑크와 헤르츠는 충돌로 에너지를 흡수했던 수은 원자에 의한 빛 방출에 대해 보고했다.그들은 이 자외선의 파장은 날아다니는 전자가 잃어버린 에너지의 4.9 eV와 정확히 일치한다는 것을 보여주었다.에너지와 파장의 관계도 보어가 예측한 바 있었다.[14][17]프랑크와 헤르츠는 1918년 12월에 함께 마지막 논문을 완성했다.그 속에서 그들은 자신들의 결과와 보어의 이론의 불일치를 조정했는데, 지금 그들은 이를 인정했다.[18][19]프랑크는 노벨 강연에서 "보어 이론의 근본적 의의를 인식하지 못해 단 한 번도 언급조차 하지 않은 것은 전혀 이해할 수 없는 일"이라고 인정했다.[20]1926년 12월 10일, 프랑크와 헤르츠는 "원자에 대한 전자의 영향을 지배하는 법칙을 발견한 공로로" 1925년 노벨 물리학상을 받았다.[1]
제1차 세계 대전
프랑크는 1914년 8월 제1차 세계대전이 발발한 직후 독일군에 입대했다.12월에 그는 서부전선의 피카르디 구역으로 파견되었다.그는 부관(오피지어스텔베르테르)이 되었고, 그 후 1915년에 중위가 되었다.[21]1915년 초 그는 염소가스 구름을 무기로 도입할 프리츠 하버의 새 부대로 전출되었다.[22]오토 한과 함께 그는 공격을 위한 장소를 찾는 일을 맡았다.1915년 3월 30일 철십자사 2등급을 수여받았으며,[23] 함부르크시는 1916년 1월 11일 그에게 한자동십자를 수여했다.[23]늑막염으로 병원에 입원해 있는 동안 헤르츠와 또 다른 과학 논문을 공동 집필하였으며, 1916년 9월 19일 프레드릭 윌리엄 대학교에 의해 부교수로 임명되었다.러시아 전선으로 보내진 그는 이질에 걸렸다.그는 베를린으로 돌아와 하버의 카이저 빌헬름 물리 화학 전기 화학 연구소의 헤르츠, 웨스트팔, 한스 가이거, 오토 한 등과 함께 방독면 개발에 힘썼다.[21]그는 1918년 2월 23일 철십자사 퍼스트 클래스를 받았다.그는 전쟁이 끝난 직후인 1918년 11월 25일 육군에서 제대했다.[23]
전쟁이 끝나자, 하버의 카이저 빌헬름 연구소는 이제 연구로 복귀했고, 하버가 프랑크에게 일자리를 제공했다.그의 새 직책은 보수가 더 많았지만 종신직은 아니었다.그러나 그것은 프랑크가 원하는 대로 그의 연구를 하도록 허락했다.Walter Grotrian, Paul Knipping, Thea Krüger, Fritz Reiche, Hertha Sponer와 같은 새로운 젊은 협력자들과 함께 카이저 빌헬름 연구소의 첫 번째 논문들은 그들의 흥분된 상태에서 원자 전자를 조사했고, 그 결과는 나중에 레이저의 개발에 중요한 것으로 증명될 것이다.[24]그들은 원자들이 가장 적은 에너지의 상태가 아닌 다른 상태에서 연장된 시간을 보내는 것에 대해 "측정 가능한"이라는 용어를 만들었다.[25]1920년 닐스 보어가 베를린을 방문했을 때, 메이트너와 프랑크는 그가 카이저 빌헬름 연구소에 와서 본진이 없는 젊은 직원들과 이야기를 나누도록 주선했다.[26]
괴팅겐
1920년 괴팅겐 대학은 맥스 본에게 최근 피터 데비에가 결석한 이론물리학 석좌를 제공했다.괴팅겐은 데이비드 힐버트, 펠릭스 클라인, 헤르만 민코프스키, 칼 룬지 덕분에 수학의 중요한 중심지였지만 물리학에 있어서는 그리 많지 않았다.이것은 바뀔 것이다.괴팅겐에 온 대가의 일부로, 본은 프랑크가 그곳의 실험물리학을 이끌기를 원했다.1920년 11월 15일, 프랑크는 완전히 종신 교수인 실험물리학 교수 겸 제2실험물리학연구소 소장이 되었다.그는 두 명의 조수가 허락되어 베를린에서 헤르타 스포너를 데리고 와서 그 자리 중 하나를 메웠다.재능 있는 교사인 폴은 제1학원을 이끌고 강의를 맡았다.[27][28]Franck는 자신의 주머니에서 나온 자금을 사용하여 최신 장비로 실험실을 개조했다.[29]
본과 프랑크 밑에서 괴팅겐은 1920~1933년 사이 세계 물리학계의 위대한 중심지 중 한 곳이었다.[28][29]비록 그들은 함께 세 개의 논문만 발표했지만, 본과 프랑크는 그들의 모든 논문을 서로 토론했다.Franck의 실험실에 들어가는 것은 매우 경쟁적이 되었다.그의 박사과정 제자들은 한스 코퍼만, 아서 R. 폰 히펠, 빌헬름 핸, 프리츠 후테만스, 하인리히 쿤, 베르너 크뢰벨 de 로크트 홀트그 리벤트, 하인츠 마이어 라이브니츠 등이 있었다.[30]박사학위 후보자들을 감독하는 데 있어서 프랜크는 논제 주제가 잘 정립되어 있는지 확인하고, 후보자의 능력, 실험실 장비, 연구소 예산의 범위 내에 머무르면서, 후보자에게 독창적인 연구 수행법을 가르쳐야 했다.[31]그의 지시로 원자와 분자의 구조에 대한 연구가 진행되었다.[32]
프랑크는 자체 연구를 통해 적절한 에너지의 광자의 흡수나 방출로 인한 분자의 전자 및 진동 에너지 수준의 동시적 변화, 바이브론 전환의 강도를 설명하는 분광과 양자 화학의 법칙인 프랑크-콘돈 원리로 알려진 것을 개발했다.원칙은 전자적 전환 동안에 두 진동파 기능이 더 크게 겹치면 진동 에너지 수준에서 다른 진동 에너지 수준으로의 변화가 더 일어날 가능성이 높다고 말한다.[33][34]그 원리는 그 후 매우 다양한 관련 현상에 적용되었다.[35]
망명
이 시기는 1933년 3월 2일 선거에서 나치당이 독일에서 정권을 잡으면서 끝이 났다.다음 달에는 정부의 정적들과 함께 모든 유대인 공무원의 퇴직 또는 해고를 규정한 전문직 공무원복구법을 제정하였다.제1차 세계대전의 참전용사로서 프랑크는 면제를 받았으나 어쨌든 1933년 4월 17일에 사직서를 제출했다.[36]그는 과학은 그의 신이고 자연은 그의 종교라고 말한 적이 있다.그는 딸들에게 학교에서 종교적인 가르침 수업에 참여하도록 요구하지 않았고,[37] 심지어 크리스마스에는 장식된 나무를 갖게 해주지도 않았다.[38] 하지만 그는 그의 유대인 유산을 자랑스러워했다.[37]그는 이 법에 항의하여 사임한 최초의 학술가였다.[39]전 세계 신문들이 이를 보도했지만 정부나 대학은 이에 반발하지 않았다.[40]
프랑크는 1933년 11월 독일을 떠나기 전 해고된 유대인 과학자들의 해외 취업을 도운 프레드릭 린데만을 도왔다.[41]존스홉킨스대 우드와 함께 중수 속 빛의 흡수를 측정한 미국을 잠시 방문한 뒤 코펜하겐의 닐스 보어 연구소에 자리를 잡았다.[42]그는 새로운 협력자가 필요해서 힐데 레비를 고용했는데, 그의 최근 논문은 그에게 깊은 인상을 주었다.[43]그의 원래 의도는 증기와 액체의 형광에 대한 연구를 계속하는 것이었지만, 보어의 영향 아래에서 그들은 이러한 반응의 생물학적 측면, 특히 식물이 이산화탄소와 물을 더 유기적인 화합물로 바꾸기 위해 빛을 사용하는 과정인 광합성에 관심을 갖기 시작했다.생물학적 과정은 원자와 분자의 단순한 반응보다 훨씬 더 복잡한 것으로 밝혀졌다.그는 레비와 함께 이 주제에 대해 두 개의 논문을 공동 저술했는데, 그는 이후 몇 년 동안 이 문제를 다시 다루게 될 것이다.[42][44][45]
프랑크는 코펜하겐에 있는 폴리테니스케 레레안스탈에서 현재 그의 아들이었던 아서 폰 히펠이 딸 다그마르와 결혼하는 자리를 찾았다.그는 자신의 노벨상 돈을 자식들에게 나누어 경제적 보증을 제공하기로 결정했다.금메달 자체는 닐스 보어에게 안전을 맡겼다.[46]1940년 4월 9일 독일이 덴마크를 침공하자 헝가리의 화학자 조지 드 헤베시는 독일인들의 탈환을 막기 위해 아쿠아 레지아에 있는 막스 폰 라우에와 함께 금메달을 해산시켰다.그는 닐스 보어 연구소에 있는 그의 실험실의 선반 위에 결과물을 올려놓았다.전쟁이 끝난 후, 그는 방해받지 않고 그 해결책을 찾기 위해 돌아와 산에서 금을 침전시켰다.그 후 노벨 협회는 노벨상 메달을 수여한다.[47][48]
1935년 프랑크는 미국으로 건너가 그곳에서 존스 홉킨스 대학의 교수직을 수락했다.[49]그곳의 실험실은 괴팅겐에 있는 실험실에 비해 설비가 허술했지만, 그는 록펠러 재단으로부터 장비 구입으로 1만 달러를 받았다.더 난해한 문제는 대학이 숙련된 직원을 채용할 돈이 없다는 것이었다.프랑크는 그의 가족들이 독일에 남아 있는 것을 걱정했고, 그들의 이민을 돕기 위해 돈이 필요했다.따라서 그는 1938년 광합성에 대한 그의 연구가 관심을 끌었던 시카고 대학의 제안을 받아들였다.[50]
Franck가 Edward Teller와 공동 저술한 최초의 논문은 결정체의 광화학 과정에 관한 것이었다.[51]한스 가프론이 그의 협력자가 되었다.[52]이들은 독일 침공 후 벨기에를 탈출한 프링스하임과 합류했다.프랜크는 프링스하임의 연구실 자리를 마련했다.[53]딸들과 가족 모두 미국으로 이주했고, 그는 나이든 어머니와 고모도 데리고 나올 수 있었다.[54]그는 1941년 7월 21일 귀화 미국 시민이 되었기 때문에 미국이 1941년 12월 11일 독일에 선전포고를 했을 때 그는 적국인이 아니었다.[23]하지만 그의 딸들은 여전히 여행이 제한되었고, 비록 장례식에 참석할 수 있었지만, 어머니가 아프고 1942년 1월 10일에 돌아가셨을 때 어머니를 돌볼 수 없었다.[55]
1942년 2월, 아서 H. 콤프턴은 시카고 대학에 메탈릭 연구소를 설립했다.맨해튼 프로젝트의 일환으로, 그것의 임무는 원자 폭탄에 사용될 플루토늄을 만들기 위해 원자로를 건설하는 것이었다.[56]금속 연구소의 화학 부서는 처음에는 프랭크 스페딩이 지휘했지만, 그는 관리보다는 일손을 더 선호했다.그리고 나서 콤프턴은 독일인 배경 때문에 약간의 두려움을 느끼면서 프랑크에게로 시선을 돌렸다.[57]콤프턴은 나중에 다음과 같이 썼다.
프랑크가 우리 프로젝트에 참여하라는 초대를 얼마나 환영했는가!그것은 그의 희망을 훨씬 뛰어넘는 자신감의 투표였고, 그것은 그에게 자유를 위해 자신의 역할을 다할 기회를 주었다.그는 "내가 싸우고 있는 것은 독일 국민이 아니다"라고 설명했다."나치야.그들은 독일을 목졸라 죽이고 있다.독일 국민은 우리가 나치 주인의 힘을 꺾을 수 있을 때까지 속수무책이다."화학자들은 프랑크가 그들의 지침을 따르는 것을 기뻐하는 원로 과학 정치가라고 환영했다.[58]
프랑크는 화학부장을 맡은 것 외에도 자신과 도널드 J로 구성된 원자폭탄 관련 금속실험실 정치사회문제위원회 위원장도 맡았다. 휴즈, J. 닉슨, 유진 라비노비치, 글렌 T. 시보그, J. C.스텐스와 [59]레오 실라르드1945년에 프랑크는 헨리 A에게 경고했다. 월래스는 "인류는 원자력을 현명하게 사용하기 위해 윤리적으로나 정치적으로 준비되지 않고 방출하는 법을 배웠다"[60]고 우려했다.위원회는 프랑크 보고서로 알려지게 된 것을 정리했다.1945년 6월 11일에 완공된 이 원폭은 일본 도시에서 경고 없이 사용하지 말 것을 권고했다.[59]어쨌든 과도위원회는 다른 결정을 내렸다.[61]
만년
프랑크는 1946년 6월 29일 시민 의식에서 헤르타 스포너와 결혼했는데,[62] 그의 첫 번째 아내 잉그리드는 1942년에 사망했다.전후 연구에서 그는 광합성의 메커니즘을 설명하는 문제를 계속 다루었다.Meitner는 그의 초기 작업과 후기 작업 사이에 틈이 없다고 보았다.그녀는 그것을 회상했다.
프랑크는 자신의 문제에 대해 이야기하는 것을 즐겼는데, 자신의 생각을 만족시키기 위해 다른 사람들에게 설명하는 것은 그다지 많지 않았다.일단 어떤 문제가 그의 흥미를 불러일으키자 그는 완전히 사로잡혔고, 실제로 그것에 사로잡혔다.상식과 직선적 논리는 단순한 기구와 함께 그의 주요 도구였다.그의 연구는 이온 이동성에 대한 초기 연구에서부터 광합성에 대한 그의 마지막 연구까지 거의 일직선으로 이어졌다; 그것은 항상 그를 매료시킨 원자나 분자 사이의 에너지 교환이었다.[63]
노벨상 외에도.프랑크는 1951년 광합성에 관한 연구로 도이치칼리스체 게셀샤프트의 막스 플랑크 메달을, 1955년 미국 예술과학 아카데미의 럼포드 메달을 받았다.1953년 괴팅겐의 명예 시민이 되었고,[64] 1964년 왕립학회(ForMemRS)의 외국인 회원으로 선출되었다.[65]
1964년 5월 21일 괴팅겐을 방문하던 중 심장마비로 갑자기 사망하였고,[65] 첫 부인과 함께 시카고에 안장되었다.[66]
1967년 시카고 대학은 그의 이름을 따서 제임스 프랑크 연구소로 명명했다.[67]달 분화구는 그의 명예에도 이름이 붙여졌다.[68]그의 논문은 시카고 대학 도서관에 있다.[23]
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참조
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추가 읽기
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