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為什麽密立根油滴實驗被叫做物理學「最美」實驗?

2021-05-23知識

這個簡直是扯掉科學家底褲的一個醜陋的實驗……

大學物理實驗教材這一課裏會提醒大家:

本實驗重點是實驗方法、實驗設計思想的學習和訓練。特別要強調實驗中必須耐心和細心, 對實驗結果一定要實事求是

我心想這不是實驗最基本的要求麽,都是放在前言課上強調過的,怎麽返回頭來還要再說一次?後來才知道這原來一樁公案。

第一呢就是大家都說了的密立根他挑數據。

1981年,阿蘭·富蘭古連研究了密立根的實驗記錄本,發現密立根在記錄本中對其觀察結果進行打分,從「一般」到「最好」。根據記錄本,密立根在1913年發表的論文依據的是140次觀察,然而他把其中49次觀察的數據舍棄不用,只根據91次他認為較好的觀察結果的數據進行計算。但是,在論文中,密立根卻聲稱該論文「代表了所有的油滴實驗」。如果密立根把所有的觀察數據都包括進去,雖然不會影響其結果,卻會加大誤差。

第二是實驗本身是他和他的研究生一起做的,結果最後署名只有他一個人。

……在參與討論如何防止水滴蒸發的問題之後,弗雷徹建議改用油滴做實驗。在一天之間,弗雷徹制作了油滴實驗的器材,並在當天就進行了實驗,獲得了一個比較靠譜的基本電荷數據。那一天密立根不在實驗室。密立根在第二天回到實驗室後,看到了弗雷徹的實驗器材,非常興奮。此後兩個人一起工作,對實驗器材進行了改進。6周後,公布了實驗結果。
很顯然,這個實驗的論文應該由兩人聯合發表。 但是密立根提醒弗雷徹,根據學校的要求,研究生的博士論文必須單獨署名,不能有合作者。 密立根建議,弗雷徹可以在以後的某篇論文單獨署名做為其博士論文,但是做為交換條件,這第一篇論文必須只署密立根一人的名字。弗雷徹雖然感到失望,但是沒有別的辦法,同意了這一安排。於是在1910年密立根做為唯一作者發表了第一篇油滴實驗的論文,並最終獲得諾貝爾獎。弗雷徹則在第5篇論文中做為唯一作者。1982年,弗雷徹死後發表的文章中才披露了這個秘密。

最關鍵的問題在於,本來密立根測得的是一個偏小的值,而在密立根之後物理學家測定的基本電荷數值隨著時間的推移在不斷增大,每次只增大一點點。這個被物理學家費曼當作科學家自我欺騙的例子。

為什麽他們沒有在一開始就發現新數值應該較高?——這件事令許多相關的科學家慚愧臉紅——因為顯然很多人的做事方式是:當他們獲得一個比密立根數值更高的結果時,他們以為一定哪裏出了錯,他們會拼命尋找,並且找到了實驗有錯誤的原因。另一方面,當他們獲得的結果跟密立根的相仿時,便不會那麽用心去檢討。因此,他們排除了所謂相差太大的資料,不予考慮。我們現在已經很清楚那些伎倆了。

費曼的說法很委婉,從今天的角度看,很有可能這些科學家都扮演了不光彩的角色,你懂的。