Сле­дую­щие две­на­дцать лет Мил­ли­кен про­вел в об­ста­нов­ке не­уто­ми­мой на­уч­ной активно­сти, ха­рак­тер­ной для Чи­ка­го в на­ча­ле ве­ка. Чи­каг­ский уни­вер­си­тет со­брал в сво­их сте­нах мо­ло­дых лю­дей, ко­то­рых в ско­ром вре­ме­ни ожи­да­ла ши­ро­кая из­вест­ность: ас­тро­но­ма Джорд­жа Гей­ля, ис­то­ри­ка Джейм­са Бре­сте­да, эко­но­ми­ста Сте­фе­на Ли­ко­на, Ро­бер­та Ло­вет­та и мно­гих, мно­гих дру­гих. В од­ном пан­сио­не с Мил­ли­ке­ном про­жи­ва­ли двое юно­шей: Тор­стейн Веб­лен и Га­рольд Икс.

Пер­вые го­ды, про­ве­ден­ные в Чи­ка­го, Мил­ликен по­свя­тил на­пи­са­нию удо­бо­ва­ри­мых аме­ри­кан­ских учеб­ни­ков по фи­зи­ке и за­бо­там о сво­ей мо­ло­дой се­мье. Май­кель­сон взва­лил на не­го всю пре­по­да­ва­тель­скую ра­бо­ту, ко­то­рая не со­от­вет­ст­во­ва­ла нра­ву ста­ри­ка.

В го­ды пер­вой ми­ро­вой вой­ны (1914-1918) Мил­ли­кен был заместителем пред­се­да­те­ля на­цио­наль­но­го ис­сле­до­ва­тель­ско­го со­ве­та (раз­ра­ба­ты­вал ме­тео­ро­ло­ги­че­ские при­бо­ры для об­на­ру­же­ния под­вод­ных ло­док).

Мил­ли­кен на­чал серь­ез­но за­ни­мать­ся на­учно-ис­сле­до­ва­тель­ской ра­бо­той, ко­гда ему бы­ло поч­ти со­рок лет. Про­бле­мы для исследова­ния обыч­но вы­би­ра­лись им из чис­ла тех, кото­рые так по­тря­си уче­ный мир, ко­гда он еще был в Ев­ро­пе. Мил­ли­кен. по­не­во­ле став­ший фи­зи­ком, по­ста­вил два экс­пе­ри­мен­та, ко­то­рые и по­ны­не яв­ля­ют­ся клас­си­че­ским об­раз­цом изя­ще­ст­ва за­мыс­ла и вы­пол­не­ния. Он за­слу­жил по­лу­чен­ную им Но­бе­лев­скую пре­мию (в 1923 го­ду).

Та­ин­ст­вен­ное чет­вер­тое со­стоя­ние ма­те­рии

Вспо­ми­ная свою жизнь, Мил­ли­кен го­во­рил, что боль­ше все­го ему по­вез­ло, ко­гда Пью­пин не взял его сво­им ас­си­стен­том. Ес­ли бы это про­изош­ло, Мил­ли­кен ни­ко­гда не по­пал бы за гра­ни­цу и не ока­зал­ся бы в Ев­ро­пе, ко­гда со­временная фи­зи­ка толь­ко на­чи­на­лась по-на­стоя­ще­му.

4 ян­ва­ря 1896 го­да Виль­гельм Кон­рад фон Рент­ген вы­сту­пил с док­ла­дом в Вюрц­бур­ге на за­се­да­нии Вюрц­бург­ско­го фи­зи­ко-ма­те­ма­ти­че­ско­го об­ще­ст­ва, а за­тем по­вто­рил док­лад в Бер­ли­не на еже­год­ной кон­фе­рен­ции Германско­го фи­зи­че­ско­го об­ще­ст­ва. Его со­об­ще­ние яви­лось сен­са­ци­ей для двух на­ук: Рент­ген расска­зал об от­кры­тии со­вер­шен­но но­вой фор­мы ра­диации, по­зво­лив­шей ему фо­то­гра­фи­ро­вать пред­ме­ты сквозь не­про­зрач­ные твер­дые эк­ра­ны. Он про­де­мон­ст­ри­ро­вал фо­то­гра­фию час­тей свое­го соб­ст­вен­но­го жи­во­го ске­ле­та - кос­тей ру­ки.

Для ме­ди­цин­ско­го ми­ра лу­чи Рент­ге­на бы­ли чу­дом, ко­то­рое сле­до­ва­ло не­мед­лен­но по­ста­вить на служ­бу ди­аг­но­сти­ке. Для ми­ра фи­зи­ки в тот мо­мент го­раз­до важ­нее бы­ло объ­яс­не­ние яв­ле­ния, не­же­ли его при­ме­не­ние. По­ис­ки это­го объ­яс­не­ния и яви­лись впослед­ствии пер­вым прыж­ком в атом­ный и суб­атом­ный мир.

Чу­дес­ные лу­чи, от­кры­тые Рент­ге­ном, име­ли уже по край­ней ме­ре со­ро­ка­лет­нюю ис­то­рию в ев­ро­пей­ской нау­ке. В 1863 го­ду фран­цуз­ский фи­зик Мас­сон на­пра­вил элек­три­че­скую ис­кру вы­со­ко­го на­пря­же­ния на стек­лян­ный со­суд, из ко­то­ро­го был вы­ка­чан поч­ти весь воз­дух. Со­суд вне­зап­но на­пол­нил­ся яр­ким не­зем­ным пур­пур­ным све­че­ни­ем.

В 60-е и 70-е го­ды про­шло­го ве­ка Гит­торф я Крукс про­дол­жи­ли изу­че­ние это­го не­обычного яв­ле­ния. Изо­бре­те­ние со­вер­шен­но­го ва­ку­ум­но­го на­со­са, по­мог­ше­го Эди­со­ну соз­дать лам­поч­ку на­ка­ли­ва­ния, да­ло воз­мож­ность Крук­су на­блю­дать та­ин­ст­вен­ное за­ре­во в ва­кууме при все умень­шаю­щем­ся дав­ле­нии. Ха­рактер све­че­ния ме­нял­ся при умень­ше­нии дав­ления в со­су­де сна­ча­ла до од­ной со­той, а по­том и до од­ной ты­сяч­ной ат­мо­сфе­ры. Оно сна­ча­ла ста­ло еще яр­че, за­тем рас­сы­па­лось на от­дель­ные сгу­ст­ки све­та и, на­ко­нец, по­ту­ск­не­ло и со­всем ис­чез­ло. Ко­гда в со­су­де соз­да­вал­ся дос­та­точ­но боль­шой ва­ку­ум, све­че­ние пропада­ло, но за­то стек­лян­ные стен­ки со­су­да на­чи­на­ли из­лу­чать при­зрач­ный зе­ле­но­ва­тый свет.

Труб­ка Крук­са по фор­ме на­по­ми­на­ла боль­шую гру­шу, на обо­их кон­цах ко­то­рой он впа­ял ме­тал­ли­че­ские пла­стин­ки. Крукс ус­та­но­вил, что све­че­ние в труб­ке объ­яс­ня­ет­ся про­хо­ж­де­ни­ем лу­чей че­рез ва­ку­ум ме­ж­ду дву­мя металли­ческими дис­ка­ми - элек­тро­да­ми, ко­гда метал­лические пла­стин­ки со­еди­ня­ли с ис­точ­ни­ком вы­сокого на­пря­же­ния. Лу­чи на­зва­ли ка­тод­ны­ми лу­ча­ми, а со­суд - ка­тод­ной лу­че­вой труб­кой.

Крукс так­же за­ме­тил, что та­ин­ст­вен­ные лу­чи, по-видимому, име­ют мас­су и ско­рость. Одна­ко при­ро­ды этих лу­чей он не по­ни­мал и счи­тал их “чет­вер­тым со­стоя­ни­ем ма­те­рии”, в отли­чие от жид­ко­го, га­зо­об­раз­но­го и твер­до­го.

В даль­ней­шем ус­та­но­ви­ли, что ка­тод­ные лу­чи име­ют элек­три­че­скую при­ро­ду, так как маг­нит, под­не­сен­ный к труб­ке, от­кло­нял по­ток лу­чей. Так же дей­ст­во­вал на них и электри­ческий ток. Дру­гие ис­сле­до­ва­те­ли до­ка­за­ли, что ка­тод­ные лу­чи мож­но на­пра­вить за преде­лы труб­ки, ес­ли по­ста­вить на их пу­ти тон­кую пла­стин­ку из алю­ми­ние­вой фоль­ги. Од­на­ко в воз­ду­хе ка­тод­ные лу­чи рас­про­стра­ня­лись на очень не­боль­шое рас­стоя­ние.

Не­ко­то­рые фи­зи­ки по­ла­га­ли, что “четвер­тое со­стоя­ние ма­те­рин” бы­ло не чем иным, как та­ин­ст­вен­ной эк­то­плаз­мой, опи­сан­ной спирита­ми. На вре­мя рез­ко воз­рос спрос на ду­хов.

Осе­нью 1895 го­да Кон­рад фон Рент­ген про­во­дил опы­ты с труб­кой Крук­са, плот­но за­вернутой в чер­ную бу­ма­гу, что­бы из­лу­че­ние не вы­рва­лось на­ру­жу. Со­вер­шен­но слу­чай­но он за­ме­тил, что в тем­ной ком­на­те “бу­маж­ный эк­ран, про­мы­тый циа­ни­дом пла­ти­ны и ба­рия, яр­ко за­го­ра­ет­ся и флуо­рес­ци­ру­ет, не­за­ви­си­мо от то­го, об­ра­бо­тан­ная или же об­рат­ная сторо­на эк­ра­на об­ра­ще­на к раз­ряд­ной труб­ке”.

Бу­маж­ный эк­ран по­ме­щал­ся на рас­стоя­нии поч­ти в шесть фу­тов от ап­па­ра­та. Рент­ген знал, что ка­тод­ные лу­чи за­став­ля­ют флуо­рес­ци­ро­вать об­ра­бо­тан­ный этим рас­тво­ром эк­ран, но на та­кое рас­стоя­ние ка­тод­ные лу­чи ни­ко­гда не про­никали! Он об­на­ру­жил вско­ре, что все ве­ще­ст­ва в той или иной сте­пе­ни про­ни­цае­мы для этих та­ин­ст­вен­ных но­вых лу­чей. Толь­ко сви­нец ока­зался не­про­зрач­ным для них.

Рент­ген за­ме­тил так­же, что лу­чи эти за­свечивали су­хие фо­то­пла­стин­ки и плен­ку, и это по­зво­ля­ло при­ме­нять луч и для фо­то­съем­ки. Он до­б­рал­ся и до ис­точ­ни­ка лу­чей. Они возника­ли в том мес­те на по­верх­но­сти стек­ла, на кото­рое па­да­ли ка­тод­ные лу­чи при вы­со­ком напря­жении. Рент­ген то­гда зая­вил, что но­вые лу­чи мож­но по­лу­чить, на­пра­вив ка­тод­ные лу­чи на твер­дое те­ло. Что­бы под­твер­дить это, он скон­струировал труб­ку, из­лу­чав­шую бо­лее интен­сивный по­ток но­вых лу­чей, ко­то­рым за неиме­нием луч­ше­го он дал на­зва­ние “икс - лу­чи” (X - не­из­вест­ное).