agosto 1913: Robert Millikan Report la Sua Goccia d’Olio Risultati
Diagramma di Millikan l’apparato, dal suo Fisico Recensione di carta
Robert Millikan famosa goccia d’olio esperimento, riportati nell’agosto del 1913, elegantemente misurato la fondamentale unità di misura della carica elettrica., L’esperimento, un grande miglioramento rispetto ai precedenti tentativi di misurare la carica di un elettrone, è stato definito uno dei più belli della storia della fisica, ma è anche la fonte di accuse di cattiva condotta scientifica da parte di Millikan.
Robert Millikan nacque nel 1868 e crebbe nell’Iowa rurale, secondo figlio di un ministro. Millikan frequentato Oberlin College, ha conseguito il dottorato di ricerca presso la Columbia University, e poi ha trascorso un anno in Germania prima di prendere una posizione presso l’Università di Chicago.,
Verso il 1906, Millikan era diventato un educatore di successo e scrittore di libri di testo, ma sapeva che non aveva fatto alcuna ricerca di reale significato scientifico, ed era desideroso di lasciare il segno come ricercatore.
JJ Thomson aveva scoperto l’elettrone nel 1897 e ne aveva misurato il rapporto carica-massa. Il passo successivo era determinare separatamente la carica dell’elettrone. Thomson e altri cercarono di misurare la carica elettrica fondamentale usando nuvole di gocce d’acqua cariche osservando quanto velocemente cadevano sotto l’influenza della gravità e di un campo elettrico., Il metodo ha dato una stima grezza della carica dell’elettrone.
Millikan ha visto questa opportunità di dare un contributo significativo migliorando queste misurazioni. Si rese conto che cercando di determinare la carica su singole goccioline potrebbe funzionare meglio di misurare la carica su intere nuvole d’acqua. Nel 1909 iniziò gli esperimenti, ma presto scoprì che le goccioline d’acqua evaporavano troppo rapidamente per una misurazione accurata. Ha chiesto al suo studente laureato, Harvey Fletcher, di capire come fare l’esperimento usando una sostanza che è evaporata più lentamente.,
Fletcher scoprì rapidamente che poteva usare goccioline di olio, prodotte con un semplice atomizzatore di profumo. Le goccioline di olio vengono iniettate in una camera piena d’aria e raccolgono la carica dall’aria ionizzata. Le gocce cadono o salgono sotto l’influenza combinata della gravità, della viscosità dell’aria e di un campo elettrico, che lo sperimentatore può regolare. Lo sperimentatore potrebbe guardare le gocce attraverso un telescopio appositamente progettato, e il tempo quanto velocemente una goccia cade o si alza. Dopo aver ripetutamente cronometrato l’ascesa e la caduta di una goccia, Millikan potrebbe calcolare la carica sulla goccia.,
Nel 1910 Millikan pubblicò i primi risultati di questi esperimenti, che mostravano chiaramente che le cariche sulle gocce erano tutti multipli interi di un’unità di carica fondamentale. Ma dopo la pubblicazione di questi risultati, il fisico viennese Felix Ehrenhaft ha affermato di aver condotto un esperimento simile, misurando un valore molto più piccolo per la carica elementare. Ehrenhaft ha sostenuto questo sostenuto l “idea dell” esistenza di ” subelettroni.”
La sfida di Ehrenhaft spinse Millikan a migliorare il suo esperimento e raccogliere più dati per dimostrare che aveva ragione., Ha pubblicato i nuovi, risultati più accurati nel mese di agosto 1913 nel Physical Review. Ha dichiarato che i nuovi risultati hanno avuto solo un’incertezza 0.2%, un grande miglioramento rispetto ai suoi risultati precedenti. Il valore riportato da Millikan per la carica elementare, 1.592 x 10-19 coulombs, è leggermente inferiore al valore attualmente accettato di 1.602 x 10-19 C, probabilmente perché Millikan ha usato un valore errato per la viscosità dell’aria.,
Sembrava che fosse un bellissimo esperimento che aveva determinato abbastanza precisamente l’unità fondamentale della carica elettrica, e chiaramente e in modo convincente stabilito che i “subelettroni” non esistevano. Millikan ha vinto il Premio Nobel 1923 per il lavoro, così come per la sua determinazione del valore della costante di Plank nel 1916.
Ma un’ispezione successiva dei taccuini di laboratorio di Millikan da parte di storici e scienziati ha rivelato che tra febbraio e aprile 1912, ha preso dati su molte più gocce di olio di quanto riportato nel documento., Questo è preoccupante, poiché il documento dell’agosto 1913 afferma esplicitamente a un certo punto: “Va anche osservato che questo non è un gruppo selezionato di gocce, ma rappresenta tutte le gocce sperimentate durante 60 giorni consecutivi.”Tuttavia, in un altro punto del documento scrive che le 58 gocce riportate sono quelle “su cui è stata fatta una serie completa di osservazioni.”Inoltre, i margini del suo taccuino contengono note come “beauty publish” o ” something wrong.”
Millikan ha deliberatamente ignorato i dati che non si adattavano ai risultati che voleva?, Forse perché era sotto pressione da un rivale e desideroso di lasciare il segno come scienziato, Millikan travisato i suoi dati. Alcuni hanno definito questo un chiaro caso di frode scientifica. Tuttavia, altri scienziati e storici hanno esaminato da vicino i suoi quaderni e hanno concluso che Millikan stava cercando di ottenere la precisione riportando solo i suoi dati più affidabili, non cercando di ingannare deliberatamente gli altri., Per esempio, ha rifiutato gocce che erano troppo grandi, e quindi cadde troppo in fretta per essere misurata con precisione con la sua attrezzatura, o troppo piccolo, il che significava che sarebbero stati eccessivamente influenzati dal moto browniano. Alcune gocce non hanno set di dati completi, indicando che sono stati interrotti durante l’esecuzione.
È difficile sapere oggi se Millikan intendesse travisare i suoi risultati, anche se alcuni scienziati hanno esaminato i dati di Millikan e calcolato che anche se avesse incluso tutte le gocce nella sua analisi, la sua misurazione per la carica elementare non sarebbe cambiata molto.,
Questo articolo è apparso nel numero di agosto/settembre 2006 di APS News.