sierpień, 1913: Robert Millikan raportuje swoje wyniki kropli oleju
schemat urządzenia Millikana, z jego pracy Physical Review
słynny eksperyment kropli oleju Roberta Millikana, opisany w sierpniu 1913 roku, elegancko zmierzył podstawową jednostkę ładunku elektrycznego., Eksperyment, będący znaczną poprawą w stosunku do poprzednich prób pomiaru ładunku elektronu, został uznany za jeden z najpiękniejszych w historii fizyki, ale jest również źródłem zarzutów o nierzetelność naukową ze strony Millikana.
Robert Millikan urodził się w 1868 roku i dorastał na wsi w stanie Iowa, jako drugi syn pastora. Millikan uczęszczał do Oberlin College, uzyskał doktorat na Columbia University, a następnie spędził rok w Niemczech, zanim podjął pracę na University of Chicago.,
Około 1906 roku Millikan stał się odnoszącym sukcesy pedagogiem i pisarzem podręczników, ale wiedział, że nie prowadził żadnych badań o prawdziwym znaczeniu naukowym, i był chętny do zrobienia swojego znaku jako badacza.
J. J. Thomson odkrył elektron w 1897 roku i zmierzył jego stosunek ładunku do masy. Kolejnym krokiem było określenie ładunku elektronu oddzielnie. Thomson i inni próbowali zmierzyć podstawowy ładunek elektryczny za pomocą chmur naładowanych kropelek wody, obserwując, jak szybko spadają pod wpływem grawitacji i pola elektrycznego., Metoda ta dała surowe oszacowanie ładunku elektronu.
Zdawał sobie sprawę, że próba określenia ładunku na pojedynczych kropelkach może działać lepiej niż pomiar ładunku na całych chmurach wody. W 1909 roku rozpoczął eksperymenty, ale wkrótce odkrył, że krople wody parowały zbyt szybko dla dokładnego pomiaru. Poprosił swojego studenta, Harveya Fletchera, aby wymyślił, jak przeprowadzić eksperyment z użyciem substancji, która paruje wolniej.,
Fletcher szybko odkrył, że może używać kropelek oleju, wytwarzanych za pomocą prostego rozpylacza perfum. Krople oleju są wtryskiwane do komory wypełnionej powietrzem i pobierają ładunek ze zjonizowanego powietrza. Krople opadają lub wzrastają pod połączonym wpływem grawitacji, lepkości powietrza i pola elektrycznego, które Eksperymentator może dostosować. Eksperymentator mógł obserwować krople przez specjalnie zaprojektowany teleskop i czas jak szybko kropla spada lub unosi się. Po wielokrotnym wyczuciu wzrostu i upadku kropli, Millikan mógł obliczyć ładunek na kropli.,
w 1910 roku Millikan opublikował pierwsze wyniki tych eksperymentów, które wyraźnie wykazały, że ładunki na kroplach były wielokrotnościami całkowitymi podstawowej jednostki ładunku. Jednak po opublikowaniu tych wyników wiedeński fizyk Felix Ehrenhaft twierdził, że przeprowadził podobny eksperyment, mierząc znacznie mniejszą wartość ładunku elementarnego. Ehrenhaft twierdził, że popierało to ideę istnienia ” subelektronów.”
wyzwanie Ehrenhaf skłoniło Millikana do ulepszenia swojego eksperymentu i zebrania większej ilości danych, aby udowodnić, że miał rację., Nowe, dokładniejsze wyniki opublikował w sierpniu 1913 roku w „Physical Review”. Stwierdził, że nowe wyniki mają tylko 0,2% niepewności, co jest znaczną poprawą w stosunku do jego poprzednich wyników. Wartość podana przez millikana dla ładunku podstawowego, 1.592 x 10-19 coulombsa, jest nieco niższa niż obecnie akceptowana wartość 1.602 X 10-19 C, prawdopodobnie dlatego, że Millikan użył nieprawidłowej wartości lepkości powietrza.,
okazało się, że był to piękny eksperyment, który dość dokładnie określił podstawową jednostkę ładunku elektrycznego i jasno i przekonująco ustalił, że „subelektrony” nie istnieją. Millikan otrzymał w 1923 roku Nagrodę Nobla za pracę, a także za określenie wartości stałej Planka w 1916 roku.
ale późniejsza inspekcja zeszytów laboratoryjnych Millikana przez historyków i naukowców wykazała, że między lutym a kwietniem 1912 roku zebrał dane na temat o wiele więcej kropli ropy, niż podał w gazecie., Jest to niepokojące, ponieważ gazeta z sierpnia 1913 r. wyraźnie stwierdza w pewnym momencie: „należy również zauważyć, że nie jest to wybrana grupa kropli, ale reprezentuje wszystkie krople eksperymentowane przez 60 kolejnych dni.”Jednak w innym miejscu w gazecie pisze, że 58 zgłoszonych kropli to te, na których dokonano kompletnej serii obserwacji.”Ponadto na marginesach jego notatnika znajdują się notatki takie jak: „beauty publish” czy ” something wrong.”
czy Millikan celowo lekceważył dane, które nie pasowały do pożądanych wyników?, Być może dlatego, że był pod presją rywala i chciał, aby jego znak jako naukowca, Millikan błędnie przedstawił swoje dane. Niektórzy nazwali to oczywistym przypadkiem oszustwa naukowego. Jednak inni naukowcy i historycy przyjrzeli się uważnie jego notatnikom i doszli do wniosku, że Millikan dążył do dokładności, przekazując tylko swoje najbardziej wiarygodne dane, nie próbując celowo wprowadzać w błąd innych., Na przykład odrzucał krople, które były zbyt duże, a tym samym spadały zbyt szybko, aby można je było dokładnie zmierzyć za pomocą swojego sprzętu, lub zbyt małe, co oznaczało, że były one nadmiernie pod wpływem ruchu Browna. Niektóre krople nie mają kompletnych zestawów danych, co wskazuje, że zostały przerwane podczas biegu.
trudno dziś wiedzieć, czy Millikan zamierzał wprowadzić w błąd swoje wyniki, chociaż niektórzy naukowcy zbadali dane Millikana i obliczyli, że nawet gdyby uwzględnił wszystkie krople w swojej analizie, jego pomiar ładunku elementarnego nie zmieniłby się zbytnio.,
artykuł ukazał się w sierpniowo-wrześniowym numerze APS News.