augustus 1913: Robert Millikan Reports His Oil Drop Results
Diagram of Millikan ’s apparatus, from his Physical Review paper
Robert Millikan’ s famous oil drop experiment, reported in August 1913, elegant measured the fundamental unit of electric charge., Het experiment, een grote verbetering ten opzichte van eerdere pogingen om de lading van een elektron te meten, is genoemd een van de mooiste in de fysica geschiedenis, maar is ook de bron van beschuldigingen van wetenschappelijk wangedrag van Millikan ‘ s kant.Robert Millikan werd geboren in 1868 en groeide op op het platteland van Iowa, de tweede zoon van een minister. Millikan studeerde aan het Oberlin College, promoveerde aan de Columbia-universiteit en bracht vervolgens een jaar door in Duitsland voordat hij een baan aan de Universiteit van Chicago kreeg.,rond 1906 was Millikan een succesvol onderwijzer en tekstboekschrijver geworden, maar hij wist dat hij geen wetenschappelijk onderzoek had gedaan en wilde graag zijn stempel drukken op het onderzoek.J. J. Thomson had het elektron in 1897 ontdekt en had zijn lading-massaverhouding gemeten. De volgende stap was om de lading van het elektron afzonderlijk te bepalen. Thomson en anderen probeerden de fundamentele elektrische lading te meten met behulp van wolken van geladen waterdruppels door te observeren hoe snel ze onder invloed van zwaartekracht en een elektrisch veld vielen., De methode gaf een ruwe schatting van de lading van het elektron.
Millikan zag deze kans om een belangrijke bijdrage te leveren door deze metingen te verbeteren. Hij realiseerde zich dat het proberen om de lading op individuele druppels te bepalen beter zou kunnen werken dan het meten van lading op hele wolken water. In 1909 begon hij met de experimenten, maar al snel ontdekte hij dat waterdruppels te snel verdampten om nauwkeurig te kunnen meten. Hij vroeg zijn afgestudeerde student, Harvey Fletcher, om erachter te komen hoe het experiment te doen met behulp van een stof die langzamer verdampte.,Fletcher ontdekte al snel dat hij druppels olie kon gebruiken, geproduceerd met een eenvoudige parfumverstuiver. De oliedruppels worden in een met lucht gevulde kamer geïnjecteerd en nemen lading van de geïoniseerde lucht op. De druppels vallen of stijgen dan onder de gecombineerde invloed van zwaartekracht, viscositeit van de lucht en een elektrisch veld, dat de experimentator kan aanpassen. De onderzoeker kon de druppels bekijken door een speciaal ontworpen telescoop, en tijd hoe snel een druppel valt of stijgt. Na herhaaldelijk timing van de stijging en daling van een daling, Millikan kon berekenen van de lading op de daling.,in 1910 publiceerde Millikan de eerste resultaten van deze experimenten, waaruit duidelijk bleek dat ladingen op de druppels allemaal integer veelvouden van een fundamentele ladingseenheid waren. Maar na de publicatie van deze resultaten beweerde de Weense natuurkundige Felix Ehrenhaft een soortgelijk experiment te hebben uitgevoerd, waarbij een veel kleinere waarde werd gemeten voor de elementaire lading. Ehrenhaft beweerde dat dit het idee van het bestaan van “subelectrons” ondersteunde.”
Ehrenhafts uitdaging vroeg Millikan om zijn experiment te verbeteren en meer gegevens te verzamelen om te bewijzen dat hij gelijk had., Hij publiceerde de nieuwe, nauwkeuriger resultaten in augustus 1913 in the Physical Review. Hij verklaarde dat de nieuwe resultaten slechts een onzekerheid van 0,2% hadden, een grote verbetering ten opzichte van zijn vorige resultaten. Millikan ‘ s gerapporteerde waarde voor de elementaire lading, 1,592 x 10-19 coulombs, is iets lager dan de momenteel geaccepteerde waarde van 1,602 x 10-19 C, waarschijnlijk omdat Millikan een onjuiste waarde gebruikte voor de viscositeit van lucht.,
Het bleek een mooi experiment te zijn dat de fundamentele eenheid van elektrische lading heel precies had bepaald, en duidelijk en overtuigend vaststelde dat” subelektronen ” niet bestonden. Millikan won in 1923 de Nobelprijs voor het werk en voor zijn bepaling van de waarde van Plank ‘ s constante in 1916.maar latere inspectie van Millikan ‘ s Lab notebooks door historici en wetenschappers heeft uitgewezen dat hij tussen februari en April 1912 gegevens heeft verzameld over veel meer oliedruppels dan hij in de krant meldde., Dit is verontrustend, omdat de krant van augustus 1913 expliciet zegt op een bepaald punt, ” het moet ook worden opgemerkt, dat dit niet een geselecteerde groep druppels, maar vertegenwoordigt alle druppels geëxperimenteerd op gedurende 60 opeenvolgende dagen.”Echter, op een ander punt in de krant schrijft hij dat de 58 druppels gerapporteerd zijn die “waarop een complete reeks waarnemingen werden gedaan.”Bovendien, de marges van zijn notebook bevatten notities zoals, “beauty publish” of “something wrong.”
negeerde Millikan opzettelijk gegevens die niet pasten bij de resultaten die hij wilde?, Misschien omdat hij onder druk stond van een rivaal en te popelen om zijn stempel te drukken als wetenschapper, Millikan verkeerde voorstelling van zijn gegevens. Sommigen noemen dit een duidelijk geval van wetenschappelijke fraude. Echter, andere wetenschappers en historici hebben goed gekeken naar zijn notebooks, en concludeerde dat Millikan streefde naar nauwkeurigheid door het rapporteren van alleen zijn meest betrouwbare gegevens, niet proberen om opzettelijk misleiden anderen., Zo verwierp hij druppels die te groot waren, en dus te snel vielen om nauwkeurig te kunnen worden gemeten met zijn apparatuur, of te klein, wat betekende dat ze overdreven zouden zijn beïnvloed door Brownse beweging. Sommige druppels hebben geen volledige datasets, wat aangeeft dat ze zijn afgebroken tijdens de run.het is vandaag de dag moeilijk om te weten of Millikan van plan was zijn resultaten verkeerd voor te stellen, hoewel sommige wetenschappers Millikan ‘ s gegevens hebben onderzocht en hebben berekend dat zelfs als hij alle druppels in zijn analyse had opgenomen, zijn meting voor de elementaire lading niet veel zou hebben veranderd.,
Dit artikel verscheen in het augustus/September 2006 nummer van APS News.