“連你都知道?”密立根訝道。
<div css=tentadv> 李諭說:“一個月我剛收到最新的一批雜誌,進行了報道。”
密立根說:“雖然卡文迪許實驗室的湯姆遜主任以及威爾遜先生已經做過多次基本電荷量的實驗,但我還是不認同他們的結果,因為我仔細研究過他們的論文,實驗過程有無法消除的誤差。”
李諭點點頭:“我看過,他們使用的方法是雲室,測量的實際上是整個雲霧中離子電荷的平均值,並不準確。”
“所以即便世界最優秀的卡文迪許實驗室已經得出結論,我仍舊無法接受。”密立根說。
李諭問道:“你已經開始了實驗?”
密立根說:“你要看一下嗎?”
“榮幸之至。”李諭說。
密立根在前麵帶路:“能讓當今世界頂級的科學巨子指點,對我也有收獲。”
後世評出過十大最美物理實驗,密立根測量基本電荷的油滴實驗位列其中。
但在他之前,電子剛剛發現那天起,科學家就在做這個實驗,因為科學界很清楚,隻要得到基本電荷量的準確數值就會瞬間讓原子物理上一層樓,許多公式也能大大推進。
這個小東西挺關鍵,並且能夠直接證明電子這個比原子還要小的微粒存在,意義非凡。
來到密立根的實驗室,李諭發現他目前還是在重複威爾遜的實驗。
密立根說:“從去年開始,我不滿於威爾遜實驗值那樣大的變化幅度,因此又重複他的實驗,但並未得到比他更一致的結果,有些使人很失望。”
科學就是這樣,前方一團迷霧,想要推翻彆人,至少要先達到對方的成果。
此前威爾遜得到的基本電荷量數值是1.03×10^-19庫倫,後世的精確結果是1.6左右,相差得有點大。
李諭說:“要想用威爾遜的方法做出穩定結果,要花不少時間。再設計新的實驗方案,恐怕還要花費數年。”
密立根似乎早就有這個心理準備:“我已經找好助手,並且讓學校將教學任務減到最少,勢必完成這項研究。因為在所有物理常數中,有兩個具有突出的重要性,一個是光速,它出現在理論物理學的許多基本方程之中;另一個則是最終的,或者說是基本的電荷量。”
這是密立根的原話。
但李諭立刻意識到,光速的測量是同在芝加哥大學的邁克爾遜完成;而基本電荷量的測量則由他密立根完成。
這不就一下子把芝加哥大學的地位抬上去了,順便也能讓一直瞧不起美國科學界的歐洲看看。
似乎世界的物理中心瞬間移到了芝加哥。
密立根拿出自己的一些實驗結果給李諭看,李諭心中知道基本電荷量的準確數據,所以看了一眼後就說道:“威爾遜的方法已經到達極限,必須改進。我認為最關鍵的就是實驗介質的重新選取。”
密立根問道:“實驗介質?”
李諭說:“如果用不能揮發的材料代替以往實驗用的水滴或者乙醇,將會明顯減少蒸發的影響,從而讓實驗精度大大提高。”
密立根似乎打了一個冷顫,激動道:“天才的設想!”接著沉思道:“但需要重新製作一套儀器,這件事又比較麻煩……”
密立根油滴實驗最關鍵的地方就是把水滴換成油滴,同時又能夠想辦法測出極小油滴(甚至小到接近空氣分子大小)所帶的電荷量。
就算李諭不告訴他,實驗物理超級大神盧瑟福很快也會給他這個提醒。
而且李諭對這個實驗不感興趣。
物理專業在本科階段都會做這個實驗,真的超級麻煩,估計七八成的人都是靠改數據通過。
而現在連實驗儀器都沒有,和之前提到的X射線、放射性研究一樣,此時必須先造出精密的實驗儀器來才能繼續做實驗。
密立根後來做實驗用的儀器相當之簡陋,這還是他花了兩年時間才造出來的。
用這套儀器觀測起來同樣麻煩,有時候僅僅一個油滴的觀測就需要五六個小時。
密立根花了七八年時間才完成油滴實驗,——而且還有兩個為後世所詬病的巨大瑕疵,乃至被很多大佬當成了反麵教材。
因為密立根實際上最終得到了140多組數據,但他在提交報告時隻選了其中的58組。
在科學實驗中很忌諱這一點,因為會摻雜主觀臆斷。
隻要不是人為因素,多大的誤差都應該接受,這才是做實驗。密立根卻刪除了自己覺得誤差太大的數據。
此後費曼對這件事極力批評,聲稱完全沒有科研精神。
可以發現,此後不少人重複密立根的實驗,結果隻是與他差一點點;大家覺得密立根是權威,所以都會修改自己數據。
這可給實驗物理學開了一個超級不好的頭。
費曼在1974年加州理工的畢業典禮中直接稱這種做法為“草包族科學”:
“從過往的經驗,我們學到了如何應付一些自我欺騙的情況。舉個例子,密立根做了個油滴實驗,量出了電子的帶電量。他的資料有點偏差,因為他用了個不準確的空氣黏滯係數。
於是,如果你把在密立根之後、進行測量電子帶電量所得到的資料整理一下,就會發現一些很有趣的現象:把這些資料跟時間畫成坐標圖,你會發現這個人得到的數值比密立根的數值大一點點,下一個人得到的資料又再大一點點,下一個又再大上一點點,最後,到了一個更大的數值才穩定下來。
為什麼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,他們以為一定哪裡出了錯,他們會拚命尋找,並且找到了實驗有錯誤的原因。另一方麵,當他們獲得的結果跟密立根的相仿時,便不會那麼用心去檢討。因此,他們排除了所謂相差太大的數據,不予考慮。我們現在已經很清楚那些伎倆了,因此再也不會犯同樣的毛病。
大戰期間在南太平洋有一些土人,看到飛機降落在地麵,卸下來一包包的好東西,其中一些是送給他們的。往後他們仍然希望能發生同樣的事,於是他們在同樣的地點鋪飛機跑道,兩旁還點上了火,蓋了間小茅屋,派人坐在那裡,頭上綁了兩塊木頭(假裝是耳機)、插了根竹子(假裝是天線),以為這就等於控製塔裡的領航員了——然後他們等待、等待飛機降落。他們被稱為草包族,他們每件事都做對了、一切都十分神似,看來跟戰時沒什麼兩樣;但這行不通:飛機始終沒有降落下來。這是為什麼我叫這類東西為‘草包族科學’,因為它們完全學足了科學研究的外表,一切都十分神似,但是事實上它們缺乏了最重要的部分。”
費曼說的話已經很重。
不僅如此,還有一件事讓密立根油滴實驗頗有令人非常不悅地方。
做實驗時,密立根隻是作為導師,提出想法,真正進行試驗的是他的一名研究生,名叫哈維·弗萊徹。
隻可惜,最後的報告隻有密立根自己的署名。
當過工科研究生的必然明白,研究生和導師一起做實驗,做實驗的都是研究生。導師基本隻是提出一個課題,當年的美國更是如此。
李諭此刻已經看到實驗室中23歲的弗萊徹忙忙碌碌的身影,深深歎了口氣。
想想洛倫茲與費曼、瑞利爵爺與拉姆齊,堪稱物理學上的佳話。
再想想美國這邊給密立根當助手的弗萊徹以及給康普頓當助手的吳有訓,真是天壤之彆!</div css=tentadv>