Отто Штерн (нем. Otto Stern) - знаменитый немецкий физик, лауреат Нобелевской премии (1943) «за вклад в развитие метода молекулярных пучков и открытие и измерение магнитного момента протона».
Отто Штерн родился 17 февраля 1888 г. в Сорау (Вроцлав, Польша) и был старшим из пяти детей Оскара Штерна и Евгении Штерн (в девичестве Розенталь).
Отто Штерн вырос в богатой семье, где родители уделяли много внимания образованию и воспитанию детей. Мальчик учится легко, жадно усваивая знания, родители всячески поощряют его к чтению.
По окончании школы Штерн несколько лет изучал естественные науки под руководством преподавателей из Фрейбургского, Мюнхенского и других университетов. В 1912 г. Штерн защитил докторскую диссертацию по физической химиив университете Бреслау.
Еще в студенческие годы Отто Штерн установил контакты с ведущими физиками и химиками того времени. Лекции Арнольда Зоммерфельда обострили его интерес к теоретической физике, а лекции Отто Луммера и Эрнста Прингсхейма – к физике экспериментальной.
Работы выдающихся немецких ученых Людвига Больцмана, Рудольфа Клаузиуса и Вальтера Нернста по молекулярной теории, статистической механике и термодинамике произвели на студента столь сильное впечатление, что Штерн избрал для своих исследований область физической химии.
В 1912 году Отто Штерн заручился согласием Альберта Эйнштейна стать его руководителем по аспирантской работе в Пражском университете. От Эйнштейна Штерн узнает немало нового о последних событиях в физике, и они вместе пишут статью. Когда Эйнштейн на следующий год переезжает в Цюрих, аспирант Штерн следует за ним.
Работая с Эйнштейном, Отто Штерн становится приват-доцентом федерального училища в Цюрихе. Необременительные обязанности позволяют ему продолжать теоретические исследования. Он применяет квантовую теорию и статистическую механику к проблемам термодинамики и публикует статью.
Позднее во время Первой Мировой войны Штерн и ряд других ученых были переведены в лабораторию Нернста в Берлинском университете, где выполняли различные исследования по поручению военного министерства. В Берлине Штерн работал с Максом Борном, Джеймсом Франком, Максом Фольмером и другими. Под влиянием бесед с искусными экспериментаторами Франком и Фольмером интересы молодого ученого. перемещаются из области теоретических исследований с сферу эксперимента.
После Первой Мировой войны Макс Борн стал директором Института теоретической физики Франкфуртского университета и пригласил Штерна на должность своего ассистента. Штерн опубликовал вместе с Борном теоретическую работу о поверхностной энергии твердых тел, но вскоре его захватывает проблема экспериментального подтверждения теории молекулярного движения.
Спроектированная Штерном экспериментальная установка состояла из небольшой печи, испарявшей атомы серебра из металлического образца, щели, через которую атомы, двигавшиеся в направлении разреза, попадали в вакуумную камеру, и еще одной щели, расположенной дальше от выходного отверстия печи в створе.
Расположив в створе две щели, отстоящие друг от друга на некотором расстоянии, Штерн тем самым создал условия, при которых атомы, прошедшие через обе щели, имели одно и то же направление скорости, а разреженность газа в вакуумной камере уменьшала вероятность столкновений, а тем самым отклонение атомов и рассеяние пучка.
При вращении колес атомы, успевшие проскочить между зубцами первого колеса, могли пройти между зубцами второго колеса только в том случае, если зазор между этими зубцами оказывался на линии их полета. Зная ширину зазора, скорость вращения и расстояние между колесами, Штерн мог вычислить скорость атомов, проходящих между ними. Измерения, завершенные в 1920 году подтвердили теоретические предсказания.
Метод Штерна оказался мощным средством наблюдения невидимых частиц с помощью сравнительно грубых лабораторных приборов, но требовал искуснейшего мастерства от экспериментатора. Он обратился к Вальтеру Герлаху с просьбой помочь исследовать с помощью того же метода магнитные моменты атомов. Опыт Штерна – Герлаха, выполненный в 1921 году подтвердил справедливость квантовой теории.
В 1921 году Отто Штерна назначили профессором физики Ростокского университета, а в 1923 году он стал профессором Гамбургского университета. В Гамбурге, имея в своем распоряжении лабораторию, специально построенную для исследований методом молекулярных пучков, Штерн использовал этот метод для проверки предсказания, сделанного Луи де Бройлем в 1924 году. И квантовая теория, и эксперимент показали, что электромагнитное излучение, например свет, обладает как корпускулярными (кванты), так и волновыми свойствами, указав соответствующие им длины волн.
Вскоре после того, как Гитлер стал канцлером Германии в 1933 году, Эстермана и других ученых-евреев уволили из Франкфуртского университета на основании нацистских антисемитских законов о гражданских правах. Хотя Штерн был евреем, его на какое-то время защитило от расистских законов служба в германской армии во время Первой Мировой войны. Однако в знак протеста он подал в отставку и вместе с Эстерманом принял приглашение физического факультета Технологического института Карнеги. В США, занимая должность профессора-исследователя, он помог создать лабораторию молекулярных пучков.
В 1939 году Штерн получил американское гражданство и, когда Соединенные Штаты вступили во Вторую Мировую Войну, служил консультантом министерства обороны США.
В 1943 г. Нобелевская премия не присуждалась, но на следующий год Отто Штерн был удостоен Нобелевской премии по физике «за вклад в развитие метода молекулярных пучков и открытие и измерение магнитного момента протона». Из-за условий военного времени обычная церемония вручения премии не проводилась, и премия была передана Штерну во время завтрака, организованного Американо-скандинавским фондом в отеле Уол-Дорф-Астория в Нью-Йорке. Нобелевскую лекцию «Метод молекулярных пучков», Штерн прочитал только в 1946 году.
После ухода из Технологического института Карнеги в 1946 году Штерн переехал в Беркли (штат Калифорния), где поселились две его сестры. Продолжая поддерживать контакты с физическим сообществом и следить за развитием событий в физике элементарных частиц, он жил в относительной изоляции. Регулярно нанося визиты в Европу, Штерн отказывался ступить на землю Германии и получать пенсию от германского правительства.
В последние годы жизни Штерн, никогда не вступавший в брак, обрел вкус к изысканному столу и сигарам. Он охотно ходил в кино. Смерть от сердечного приступа настигает его в одном из кинотеатров Беркли.
По словам Эмилио Сегре, «Штерн был одним из величайших физиков 20 века. Он написал сравнительно мало статей, но зато какую силу имеют те, которые он написал!» Член американской Национальной академии наук и Американского философского общества, Штерн был почетным доктором Калифорнийского университета и Швейцарского федерального технологического института.