August,1913:Robert Millikan Reports His Oil Drop Results
Millikanの装置の図は、彼の物理レビュー論文から
Robert Millikanの有名な油滴実験は、1913年に報告され、電荷の基本単位を優雅に測定した。, この実験は、電子の電荷を測定する以前の試みよりも大きな改善であり、物理学の歴史の中で最も美しいものの一つと呼ばれていますが、ミリカンの側に関する科学的不正行為の申し立ての原因ともなっています。
ロバート-ミリカンは1868年に生まれ、アイオワ州の農村で、大臣の次男として育った。 ミリカンはオーバーリン-カレッジに通い、コロンビア大学で博士号を取得した後、シカゴ大学で職を得る前にドイツで一年を過ごした。,
1906年頃までに、ミリカンは成功した教育者と教科書の作家になっていましたが、彼は本当の科学的意義の研究をしていないことを知っており、研究者としての彼のマークを作ることを熱望していました。
J.J.トムソンは1897年に電子を発見し、その電荷対質量比を測定した。 次のステップは、電子の電荷を別々に決定することでした。 トムソンらは、荷電した水滴の雲を用いて、重力と電場の影響下でどれだけ速く落ちたかを観察することによって、基本電荷を測定しようとしました。, この方法は電子の電荷の粗い推定値を与えた。
Millikanは、これらの測定を改善することによって大きな貢献をするこの機会を見ました。 彼は、個々の液滴の電荷を決定しようとすると、水の雲全体の電荷を測定するよりもうまくいくことに気づいた。 1909年に彼は実験を始めましたが、すぐに水滴が正確な測定のためにあまりにも速く蒸発することがわかりました。 彼は大学院生のHarvey Fletcherに、よりゆっくりと蒸発した物質を使用して実験を行う方法を見つけるように頼んだ。,
Fletcherはすぐに、簡単な香水噴霧器で生成された油の液滴を使用できることを発見しました。 オイルのしぶきはエア満たされた部屋に注入され、イオン化された空気からの充満を取ります。 滴は、重力、空気の粘度、および実験者が調整できる電界の複合影響下で落下または上昇する。 の実験者が見えるようにな下落を通じて、専用の望遠鏡、スピードの低下や上昇している。 滴の上昇と下降のタイミングを繰り返した後、Millikanは滴の電荷を計算することができました。,
1910年にMillikanはこれらの実験からの最初の結果を発表し、滴の電荷はすべて電荷の基本単位の整数倍であることを明確に示しました。 しかし、これらの結果が発表された後、ウィーンの物理学者Felix Ehrenhaftは、同様の実験を行い、基本電荷の値をはるかに小さく測定したと主張しました。 エーレンハフトは、これが”サブエレクトロン”の存在の考えを支持していると主張した。”
Ehrenhaftの挑戦はMillikanに彼の実験を改善し、彼が正しかったことを証明するためにより多くのデータを収集するよう促しました。, 彼は1913年にフィジカル-レビューで新しい、より正確な結果を発表した。 彼は、新しい結果は0.2％の不確実性しかなく、以前の結果よりも大幅に改善されたと述べました。 ミリカンの基本電荷に対する報告された値である1.592×10-19クーロンは、おそらくミリカンが空気の粘度に誤った値を使用したため、現在受け入れられている1.602×10-19Cの値よりわずかに低い。,
それは電荷の基本単位を非常に正確に決定し、”サブエレクトロン”が存在しないことを明確かつ説得力を持って確立した美しい実験であるよう ミリカンはこの研究により1923年のノーベル賞を受賞し、1916年にプランク定数の値を決定したことでノーベル賞を受賞した。
しかし、その後、歴史家や科学者によるミリカンの研究室ノートブックの検査により、1912年の間に、彼は論文で報告されたよりも多くの油滴に関するデータを取ったことが明らかになった。, 1913年の論文では、”これは選択された滴のグループではなく、60日連続で実験されたすべての滴を表していることも指摘されるべきである”と明示的に述べているため、これは厄介である。”しかし、論文の別の時点で、彼は報告された58滴がそれらであると書いています”その上に完全な一連の観察が行われました。”さらに、彼のノートの余白には、”美しさ”や”何か間違っている”などのメモが含まれています。”
ミリカンは意図的に彼が望んでいた結果に合わなかったデータを無視しましたか？, そのための圧力にさらライバル意欲を持ったマークとして研究者Millikan偏彼のデータです。 これを科学的詐欺の明確なケースと呼ぶ人もいます。 しかし、他の科学者や歴史家は彼のノートブックをよく見て、Millikanは意図的に他人を誤解させようとするのではなく、彼の最も信頼できるデータだけを報告, 例えば、彼は大きすぎる滴を拒否したため、彼の装置で正確に測定するにはあまりにも速く落ちたか、小さすぎるため、ブラウン運動の影響を過度に受けていたであろうことを意味しました。 一部のドロップには完全なデータセットがなく、実行中に中止されたことを示しています。
Millikanが彼の結果を誤って伝えようとしたかどうかを知ることは困難ですが、一部の科学者はMillikanのデータを調べ、分析にすべての滴を含めたとしても、基本電荷の測定はあまり変わらなかったと計算しています。,
この記事はAPS NewsのAugust/September2006号に掲載されました。