Стърн експериментът е експерименталното обосноваване на молекулярко-кинетичната теория

През втората половина на деветнадесети век изследването на браунско (хаотично) движение на молекулите е от голям интерес за много теоретични физици от онова време. Разработено от шотландския учен Джеймс Теорията на Максуелот молекулярната кинетична структура макар и като общопризнат в европейските научни среди, но съществува само в хипотетична форма. Тогава нямаше практическо потвърждение. Движението на молекулите остана недостъпно за директното наблюдение и измерването на скоростта им изглеждаше просто неразрешим научен проблем.

Ето защо опитите, които са в състояние да докажат самия факт на молекулната структура на материята и да определят скоростта на движение на нейните невидими частици, първоначално се възприемат като фундаментални. Решаващото значение на такива експерименти за физически науки беше очевидно, тъй като ни позволи да получим практическо оправдание и доказателство за валидността на една от най-прогресивните теории за молекулярната кинетика.

До началото на двадесети век световната наука достига достатъчно ниво на развитие за появата на реални възможности за експериментална проверка на теорията на Максуел. Немски физик Ото Щерн в 1920 г., прилагането на метода на молекулно лъч, който е изобретен от един французин Луи дюна през 1911 г., годината, успява да се измери скоростта на движение на газовите молекули сребро. Експериментът Stern неопровержимо доказва валидността на закона за разпространение на Максуел. Резултатите от този експеримент потвърждават верността на оценката средна скорост атоми, които са резултат от хипотетичните допускания на Максуел. Въпреки това, експериментът на Стърн е могъл да даде само много приблизителна информация за естеството на бързото градиране. По-подробна научна информация трябваше да изчака още девет години.

С по-голяма точност на закона за разпределение може да се провери Ламерт през 1929 г., няколко по-добър инструмент Стърн чрез преминаване на молекулярен лъч, чрез чифт въртящи се дискове, има кръгли отвори и компенсира една спрямо друга под определен ъгъл. Променяйки скоростта на въртене на устройството и ъгъла между дупките, Lammert успя да отдели отделните молекули от гредата, които имат различни скорости. Но това беше експериментът Stern, който инициира експерименталните изследвания в областта на молекулярно-кинетичната теория.

През 1920 г. е създадена първата експериментална структура, която е необходима за провеждането на такива експерименти. Тя се състоеше от чифт цилиндри, проектирани лично от Стърн. Вътре в устройството се постави тънка платинена пръчка със сребърно покритие, което се изпарява, когато оста се загрява от електричество. При вакуумни условия, които са създадени в инсталацията, тесен лъч от сребърни атоми преминава през надлъжен прорез, нарязан на повърхността на цилиндрите, и се установява на специален външен екран. Разбира се, единицата се движеше и през времето, когато атомите достигнаха повърхността, тя успя да се обърне под някакъв ъгъл. По този начин Стърн определя скоростта на тяхното движение.

Но това не е единственото научно постижение на Ото Стърн. Една година по-късно, заедно с Валтер Герлах, той провежда експеримент, който потвърждава наличието на въртене в атомите и доказва факта на тяхното пространствено квантуване. Експериментът на Stern-Gerlach изисква създаването на специална експериментална настройка с мощен постоянен магнит в основата си. Под въздействието на магнитното поле, генерирано от този мощен компонент, елементарни частици се отклоняват в зависимост от ориентацията на своето магнитно въртене.