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密立根油滴实验是否有假?(1)

爱因斯坦信上帝吗? 作者:方舟子


密立根油滴实验是否有假?

诺贝尔和平奖、文学奖的颁发经常引起争议,但一般认为科学领域的诺贝尔奖还是比较名副其实的。其实科学领域的诺贝尔奖错过了该得的人,或错发给了不该得的人也屡见不鲜。即使是那些公认该得诺贝尔奖的获奖者,其学术道德也不是无可指摘的。1923年因油滴实验获得诺贝尔物理学奖的美国物理学家密立根(Robert A. Millikan)就是一个典型的例子。

文科生可能会对密立根油滴实验感到陌生,但是理科生在高中物理电磁学部分都学过甚至在实验课重复过这个实验。这是一个设计极为巧妙的实验,不仅证明了电荷的不连续性,而且测出了电子基本电荷的精确数值。

这个实验的基本原理是这样的:用喷雾器将油滴喷入两块平行电极板之间,观察油滴的运动情况。先不给电极板加上电压,这时油滴在重力的作用下加速下降,下降过程中受到空气阻力和空气浮力的阻挠,加速度越来越小,最终,向下的重力与向上的阻力、浮力达到平衡,这时油滴将做匀速下降运动。然后给电极板加上电压,油滴经喷射后一般都带电,在电场的作用下将加速上升,最终,向上的电场力、空气浮力与向下的重力、空气阻力达到平衡,油滴将做匀速上升运动。通过测定同一个油滴不加电场时的匀速下降速度和加电场时的匀速上升速度,就可以算出这个油滴所带的电荷。对许多不同的油滴进行测量的结果表明,油滴所带的电量总是某一个最小固定值的整数倍,这个最小固定值就是电子所带的电量即基本电荷。

密立根是在1907年在芝加哥大学任教时开始做测定基本电荷的实验的。他一开始用的是水滴。在1909年他首次报告了用水滴测定的基本电荷的数值。但是用水滴做实验有一个很大的问题:水滴很容易挥发,只能对它们的运动情况做几秒种的观察。

这时研究生哈维?弗雷彻(Harvey Fletcher)加入了密立根实验室。在参与讨论如何防止水滴蒸发的问题之后,弗雷彻建议改用油滴做实验。在一天之间,弗雷彻制作了油滴实验的设备,并在当天就进行了实验,获得了一个比较靠谱的基本电荷数据。那一天密立根不在实验室。密立根在第二天回到实验室后,看到了弗雷彻的实验设备,非常兴奋。此后两个人一起工作,对实验设备进行了改进。6周后,公布了实验结果。

很显然,这个实验的论文应该由两人联合发表。但是密立根提醒弗雷彻,根据学校的要求,研究生的博士论文必须单独署名,不能有合作者。密立根建议,弗雷彻可以在以后的某篇论文单独署名做为其博士论文,但是做为交换条件,这第一篇论文必须只署密立根一人的名字。弗雷彻虽然感到失望,但是没有别的办法,同意了这一安排。于是在1910年密立根做为唯一作者发表了第一篇油滴实验的论文,并最终获得诺贝尔奖。弗雷彻则在第5篇论文中做为唯一作者。1982年,弗雷彻死后发表的文章中才披露了这个秘密。

    

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