George Johnstone Stoney

George Johnstone Stoney
George Johnstone Stoney rundt 1890
Født		15. februar 1826 Oakley Park, Birr, County Offaly, Ireland
Død		5. juli 1911 (85 år) Notting Hill, London, England
Beskjeftigelse		Fysiker, astronom
Utdannet ved		Trinity College
Ektefelle		Margaret Stoney (1863–ukjent)[1]
Far		George Stoney[2]
Mor		Anne Blood[2]
Søsken		Bindon Blood Stoney
Barn		George Stoney Edith Anne Stoney[2] Florence Stoney[2] Robert Bindon Stoney[2] Gertrude Rose Stoney[2]
Nasjonalitet		Irsk
Medlem av		Royal Society American Philosophical Society
Utmerkelser		Fellow of the Royal Society
Arbeidssted		Queen's College Galway, Queen's University of Ireland
Område		Kvantefysikk
Fagfelt		Fysikk
Kjent for		Stoney-enheter, Elektronet
Påvirket		Joseph John Thomson
George Johnstone Stoney på Commons

George Johnstone Stoney (født 15. februar 1826, død 5. juli 1911) var en britisk fysiker. Han er mest kjent for å ha innført begrepet elektron som «en grunnleggende mengde elektrisitet».^[3] Han innført imidlertid første bare begrepet i 1874 og 1881, og introduserte selve ordet i 1891.^[4][5][6] Han publiserte rundt 75 vitenskapelige artikler i løpet av sin levetid.

Stoney ble født i Oakley Park, i nærheten av Birr i County Offaly Midlands i Irland, som sønn av George Stoney og Anne Blood. Familien stammet fra en gammel anglo-irske slekt.^[7] Han studerte på Trinity College i Dublin, og ble uteksaminert med en Cand. phil. grad i 1848. Fra 1848 til 1852 arbeidet han som astronomiassistent til William Parsons på Birr Castle, County Offaly, hvor Parsons hadde bygget verdens største teleskop, på 72-tommer kjent under tilnavnet Leviathan of Parsonstown. Samtidig som han assisterte Parsons, fortsatte Stoney å studere fysikk og matematikk til han tok graden Master of Arts ved Trinity College i Dublin i 1852.

Stoney giftet seg med sin kusine, Margaret Sophia Stoney, og sammen fikk de to sønner og tre døtre. For de fleste av hans år i Dublin var Stoney bosatt i bydelen Dundrum. Gaten at han bodde i ble senere omdøpt til Stoney Road til hans minne. Etter at Stoney døde i London, ble han kremert og aske begravet i St. Nahis kirke i Dundrum.

Fra 1852 til 1857 var Stoney professor i fysikk ved Queen's College Galway. Videre var han fra 1857 til 1882 ansatt som sekretær i Queen's University of Ireland, en administrativ jobb med base i Dublin. På begynnelsen av 1880 flyttet han til stillingen som leder av Civil Service Examinations i Irland, en stilling han hadde til han gikk av i 1893. Det året bosatte han seg i London. Stoney døde i 1911 i sitt hjem i Notting Hill, London.^[3] I løpet av sine tiår med ikke-vitenskapelig administrativt arbeid i Dublin, fortsatte Stoney å gjøre forskning på egen hånd. Han var også i flere tiår æres-sekretær og deretter vicepresident i Royal Dublin Society, en vitenskapsforening etter samme modell som Royal Society i London. Etter at han flyttet til London var Stoney medlem rådet for både Royal Society i London og Dublin. I tillegg deltok han også i vitenskapelige komiteer for gjennomgang i British Association for Advancement of Science fra tidlig i 1860-årene.

Stoney publisert 75 vitenskapelige artikler i en rekke tidsskrifter, hovedsakelig i journalene til Royal Dublin Society. Han gjorde betydelige bidrag til kosmisk fysikk og til teorien om gasser. Han estimert antall molekyler i en kubikkmillimeter gass ved romtemperatur og trykk, fra data oppnådd fra kinetiske gassteori. Hans viktigste vitenskapelig arbeid var unnfangelsen og beregning av størrelsen til et «atom av elektrisitet». I 1891 foreslo han begrepet «elektron» for å beskrive den grunnleggende enhet av elektrisk ladning. Hans bidrag til forskning på dette området la grunnlaget for den endelige oppdagelsen av denne partikkelen av Joseph John Thomson (1856-1940) i 1897.

Stoney ble valgt til Fellow of the Royal Society i juni 1861 på grunnlag av å være «forfatter av dokumentene om 'forplantning av bølger', - 'ringene som kan sees i fibre av kalsitt', og molekylær fysikk, publisert i Transaksjoner i det kongelige irske akademi, et cetera, fremdragende kunnskaper innenfor vitenskapen om astronomi & generell fysikk»^[8]

Moderne fysikk har lagt seg på Planck-lengden som den mest passende skala for en enhetlig feltteori. Planck-lengden ble imidlertid forutsett av George Stoney:^[6] Som Planck etter ham, hadde Stoney innsett at store effekter som gravitasjon og småskalaeffekter som elektromagnetisme naturligvis innebære en middels stor skala der fysiske forskjeller kan rasjonaliseres. Denne mellomskalaen består av enheter (Stoney skalaenhetene) av masse, lengde, tid og så videre, men der massen er selve hjørnesteinen.

Stoney-masse m_S (uttrykt i moderne termer) er gitt av:^[9]

${\displaystyle m_{S}={\sqrt {\frac {e^{2}}{4\pi \varepsilon _{0}G}}}={\sqrt {\alpha }}\,m_{P}}$

der ε₀ er permittivitet i vakuum, e er elementærladningen og G er gravitasjonskonstanten, og α er finstrukturkonstanten og m_P er Planck- massen.

I likhet med Planck-enheter, fungerer Stoney-enhetene som en symmetrisk kobling mellom mikrokosmiske og makrokosmiske prosesser generelt, men de virker også entydig som en forening av elektromagnetisme og gravitasjon. For eksempel, mens Planck-lengden er den midlere kvadratroten av den reduserte Compton-effekten og halvparten av Schwarzschild-radius av en hvilken som helst masse, er Stoney-lengden det kvadratisk gjennomsnitt av elektromagnetisk radius (se Klassisk elektronradius) og halvparten av gravitasjons radius for en hvilken som helst masse, m:

${\displaystyle \ell _{P}={\sqrt {{\frac {\hbar }{mc}}\cdot {\frac {Gm}{c^{2}}}}}}$

${\displaystyle \ell _{S}={\sqrt {{\frac {e^{2}}{4\pi \varepsilon _{0}mc^{2}}}\cdot {\frac {Gm}{c^{2}}}}}}$

der ${\displaystyle \hbar \ }$ er den redusert Plancks konstant og c er lyshastigheten. Det bemerkes imidlertid at dette kun er matematiske konstruksjoner siden det må være en fysisk grense for hvor liten en lengde kan være. Dersom Stoney-lengden er den minste lengde som finnes må enten en partikkels elektromagnetisk radius eller dens halve gravitasjons radius være en fysisk umulighet, fordi en av disse må være mindre enn Stoney-lengden. Hvis Planck-lengden er den minimale, må da enten en partikkels redusert Compton-bølgelengde eller dens halve gravitasjons radius være en fysisk umulighet ettersom en av disse må være mindre enn Planck-lengde. Dessuten kan ikke Stoney-lengde og Planck-lengde samtidig være den minste lengde som er mulig.

Ifølge moderne konvensjonen, er Planck-enhetene målestokk for vakuumenergi, der mindre enheter betyr at tid og rom ikke har noen fysisk mening. Dette betyr at Stoney-enhetene avvises av dagens vitenskap. Før dette gjorde Hermann Weyl (1884-1955) har gjort en bemerkelsesverdig forsøk på å lage en enhetlig teori ved å knytte en gravitasjonsenhet for omforent teori med Stoney-lengden. Weyls teori førte til betydelige matematiske nyvinninger, men hans teori er generelt antatt å mangle betydning innenfor fysikken.^[10][11]

Stoney mottok en Æresdoktorgrad fra University of Dublin i juni 1902.^[12]

En av Stoney sønner, George Gerald Stoney, ble også vitenskapsmann, hans datter Florence Stoney ble utdannet radiolog, mens hans datter Edith Anne er ansett for å være den første kvinnelige medisinske fysiker. Men en mer vitenskapelig kjent slektning var Stoney nevø, fysikeren George FitzGerald (1851-1901). Stoney og FitzGerald hadde jevnlig kontakt innenfor vitenskapelig temaer. I tillegg til politiske saker, var både Stoney og FitzGerald aktive motstandere av Irish Home Rule-bevegelsen. I deres politiske mening var ideen om irsk selvstendighet og senere irsk nasjonalisme i strid med den vitenskapelige ånden. Stoney trakk seg fra stillingen som sekretær for Queens University of Ireland i 1882 i protest mot regjerings beslutning om å innføre «sekterisme»; det vil si at Stoney ønsket å holde universitetssystemet nøytralt i trosspørsmål, men regjeringen tiltrådt for å gjennomføre irske katolske krav i katolske institusjoner.

Til hans ære er kratere på Mars og Månen oppkalt etter ham.

Hans bror Bindon Blood Stoney var ingeniør ved Dublin Havnestyre og er kjent for å ha bygge en rekke av de viktigste broene i Dublin, samt å ha utvikle Quayside og andre tekniske prosjekter.

• Kvantemekanikk

• The Infancy of Atomic Physics. Hercules in His Cradle, by Alex Keller. Oxford University 1983. ISBN 0-19-853904-5
• «George Johnstone Stoney, FRS, and the concept of the electron», by J.G. O'Hara (12 sider) (1975) ref.
• Of the «Electron», or Atom of Electricity – by G. J. Stoney, Philosophical Magazine, Series 5, Volume 38, p. 418–420, October 1894
• «Natural Units before Planck», by John D. Barrow, Quart Jl. Roy. astron. Soc. 24, 24-26, 1983
• «The Constants of Nature», by John D. Barrow, Jonathan Cape, London 2002.