augusti 1913: Robert Millikan rapporterar sina Oljefallsresultat
Diagram över Millikans apparat, från hans fysiska Granskningspapper
Robert Millikans berömda oljedroppsexperiment, rapporterat i augusti 1913, mätte elegant den grundläggande enheten för elektrisk laddning., Experimentet, en stor förbättring jämfört med tidigare försök att mäta laddning av en elektron, har kallats en av de vackraste i fysikhistoria, men är också källan till påståenden om vetenskaplig missförhållanden på Millikan del.
Robert Millikan föddes 1868 och växte upp på landsbygden Iowa, den andra sonen till en minister. Millikan deltog i Oberlin College, tog sin doktorsexamen från Columbia University och tillbringade sedan ett år i Tyskland innan han tog ställning vid University of Chicago.,
omkring 1906 hade Millikan blivit en framgångsrik pedagog och läroboksförfattare, men han visste att han inte hade gjort någon forskning av verklig vetenskaplig betydelse och var angelägen om att göra sitt märke som forskare.
J. J. Thomson hade upptäckt elektronen 1897 och hade mätt sitt laddning-till-massförhållande. Nästa steg var att bestämma elektronens laddning separat. Thomson och andra försökte mäta den grundläggande elektriska laddningen med hjälp av moln av laddade vattendroppar genom att observera hur snabbt de föll under gravitationens och ett elektriskt fält., Metoden gav en rå uppskattning av elektronens laddning.
Millikan såg detta tillfälle att göra ett betydande bidrag genom att förbättra dessa mätningar. Han insåg att försök att bestämma laddningen på enskilda droppar kan fungera bättre än att mäta laddning på hela moln av vatten. År 1909 började han experimenten, men fann snart att droppar av vatten förångas för snabbt för noggrann mätning. Han bad sin doktorand, Harvey Fletcher, att räkna ut hur man gör experimentet med hjälp av något ämne som förångas långsammare.,
Fletcher fann snabbt att han kunde använda droppar av olja, producerad med en enkel parfymförstärkare. Oljedropparna injiceras i en luftfylld kammare och hämtar laddning från den joniserade luften. Dropparna faller sedan eller stiger under det kombinerade inflytandet av tyngdkraften, viskositeten hos luften och ett elektriskt fält som experimenten kan justera. Experimenten kunde titta på dropparna genom ett speciellt utformat teleskop, och tid hur snabbt en droppe faller eller stiger. Efter upprepade gånger timing uppgång och fall av en droppe, Millikan kunde beräkna laddningen på droppen.,
1910 publicerade Millikan de första resultaten från dessa experiment, vilket tydligt visade att laddningar på dropparna var alla heltalsmultipel av en grundläggande laddningsenhet. Men efter publiceringen av dessa resultat hävdade Wienerfysiker Felix Ehrenhaft att ha genomfört ett liknande experiment och mätte ett mycket mindre värde för den elementära laddningen. Ehrenhaft hävdade att detta stödde idén om förekomsten av ”subelektroner.”
Ehrenhafts utmaning fick Millikan att förbättra sitt experiment och samla in mer data för att bevisa att han hade rätt., Han publicerade de nya, mer exakta resultaten i augusti 1913 i den fysiska översynen. Han uppgav att de nya resultaten endast hade en osäkerhet på 0,2%, en stor förbättring jämfört med hans tidigare resultat. Millikans rapporterade värde för den elementära laddningen, 1.592 x 10-19 coulombs, är något lägre än det för närvarande accepterade värdet på 1.602 x 10-19 C, förmodligen för att Millikan använde ett felaktigt värde för viskositeten hos luften.,
det visade sig att det var ett vackert experiment som hade bestämt ganska exakt den grundläggande enheten för elektrisk laddning och tydligt och övertygande fastställt att ”subelektroner” inte existerade. Millikan vann 1923 Nobelpriset för arbetet, liksom för hans bestämning av värdet av plankens konstant 1916.
men senare inspektion av Millikans labbböcker av historiker och forskare har visat att mellan februari och April 1912 tog han data om många fler oljedroppar än han rapporterade i papperet., Detta är oroande, eftersom det i augusti 1913-papperet uttryckligen anges vid en tidpunkt, ” det ska också påpekas att detta inte är en vald grupp droppar, men representerar alla droppar som experimenterats på under 60 dagar i följd.”Men vid en annan punkt i papperet skriver han att de 58 droppar som rapporterats är de” på vilka en komplett serie observationer gjordes.”Dessutom innehåller marginalerna i hans anteckningsbok anteckningar som” beauty publish ”eller” något fel.”
ignorerade Millikan medvetet data som inte passade de resultat han ville ha?, Kanske för att han var under press från en rival och ivrig att göra sitt märke som forskare, misrepresenterade Millikan sina data. Vissa har kallat detta ett tydligt fall av vetenskapligt bedrägeri. Andra forskare och historiker har dock tittat noga på sina anteckningsböcker och dragit slutsatsen att Millikan strävade efter noggrannhet genom att bara rapportera sina mest tillförlitliga data och inte försöka medvetet vilseleda andra., Till exempel avvisade han droppar som var för stora och föll därför för snabbt för att mätas noggrant med sin utrustning, eller för liten, vilket innebar att de skulle ha påverkats alltför av Brownian motion. Vissa droppar har inte fullständiga datamängder, vilket indikerar att de avbröts under körningen.
det är svårt att veta idag om Millikan hade för avsikt att förvränga sina resultat, även om vissa forskare har undersökt Millikans data och beräknat att även om han hade inkluderat alla droppar i sin analys, skulle hans mätning för den elementära laddningen inte ha förändrats mycket alls.,
denna artikel dök upp i augusti / September 2006 utgåva av APS News.