Электрон Милликена и субэлектроны Эренхафта

В учебниках физики обычно открытие электрона сопровождается описанием опытов Роберта Милликена (Robert Millikan, 1868 — 1953) примерно таким образом (А. Н. Кислов, Атомная и ядерная физика, 2017):

‘Прямые измерения величины электрического заряда электрона удалось выполнить в 1911 г. Р. Милликену. Он проводил опыты по наблюдению за движением маленькой капли масла в электрическом поле и обнаружил, что величина заряда капли всегда кратна некоторому минимальному заряду, который и равен величине заряда электрона. Таким образом, Милликен открыл фундаментальное свойство электрического заряда — его дискретность.’

На самом деле все было гораздо интереснее. Параллельно с Милликеном похожие опыты проводил Феликс Эренхафт (Felix Ehrenhaft, 1879 — 1952), при этом он утверждал, что удается обнаружить заряды, меньшие чем заряд электрона. В статье 1913 году в важной статье по определению заряда электрона Милликен заявил, что приведенные результаты измерения заряда электрона на 58 каплях, соотвествовали всем проведенным экспериментальным результатам без исключения:

‘Следует также отметить, что эти капли не являются избранной группой, а представляют все капли, с которыми проводились эксперименты на протяжении 60 дней, в течение которых аппаратура песколько раз выключалась и настраивалась заново.’

По всей видимости это замечание было включено в статью после предыдущих перепалок с Эренхафтом, чтобы исключить все сомнения. Тем не менее, бдительные историки науки лет через пятьдесят нашли исходные экспериментальные журналы наблюдений Милликена и увидели, что действительное число экспериментов было существенно больше. То есть, Милликен в полемике с Эренхафтом несколько приукрасил действительное положение дел.

Я полистал статьи и книги на эту тему и ниже список просмотренных публикаций.

Gerald Holton. Subelectrons, presuppositions, and the Millikan-Ehrenhaft dispute. Historical Studies in the Physical Sciences 9 (1978): 161-224.

Джеральд Холтон, Субэлектроны, исходные предпосылки и спор между Милликеном и Эренхафтом. В кн. Тематический анализ науки, 1981, c. 211 — 293.

Именно историк Джеральд Холтон нашел исходные экспериментальные журналы Милликена и поднял эту историю на свет общественности. Холтон считает, что в науке не только эксперименты сами по себе говорят о природе, а определенную роль также вносит убежденность ученого. Милликен изначально верил в правоту атомизма. С другой стороны, Эренхафт похоже попал под влияние идей Маха и его сторонников. Отмечу, что Холтон пишет хорошо и увлекательно.

Mansoor Niaz. The oil drop experiment: A rational reconstruction of the Millikan–Ehrenhaft controversy and its implications for chemistry textbooks. Journal of Research in Science Teaching: The Official Journal of the National Association for Research in Science Teaching 37, no. 5 (2000): 480-508.

В статье обсуждается отношение истории о Милликене и Эренхафте к преподаванию физики. Говорится, что упрощенное изложение в стиле исходной цитаты способствует неправильному восприятию науки у студентов. В статье есть таблица, в которую сведен стиль изложения этой истории во многих учебников физики и говорится, что такое положение дел следует исправить.

David L. Goodstein, In defense of Robert Andrews Millikan. Engineering and Science 63, no. 4 (2000): 30-38.

Гудстейн, Д. Обман в науке. Успехи физических наук 163, no. 1 (1993): 93-99.

Физик Дэвид Гулдстейн защищает Милликена и говорит, что физик-экспериментатор имеет полное право выборосить плохие эксперименты.

‘То, что делал Милликен, было абсолютно законным: он исследовал «неправильный» результат и обнаруживал, что сделал ошибку, при этом он приходил к выводу, что этот результат должен быть отброшен.’

В. Н. Тутубалин, Ю. М. Барабашева, Г. Н. Девяткова, Е. Г. Угер. Опыт Милликена с точки зрения математической статистики. Вопросы истории естествознания и техники 2 (2016): 233-250.

Статистический анализ части опубликованных результатов Милликена.

‘Милликен сумел отбрать для публикации наблюдения таким образом, что сдвиг части из них в одну сторону от истинного значения компенсируется сдвигом остальных в другую сторону. Понятно, что совершить такое, не зная, какое значение заряда электрона будет принято через сто лет, можно только в порядке чуда. Нужно не осуждать Милликена за сокрытие части данных, но восхвалять за способность совершить чудо.’

T. Datta, Ming Yin, Zhihua Cai, and M. Bleiweiss. A New Look at the Sub-electron Controversy Of Milikan & Ehrenhaft. arXiv preprint physics/0507170 (2005).

Для объяснения результатов экспериментов тех лет, авторы вводят в рассмотрение неизвестную силу, которая была мала в экспериментах Милликена и велика в экспериментах Эренхафта. Судя по тому, что препринт похоже так и не был опубликован, такая идея не была воспринята сообществом физиков.

Joseph Braunbeck. Der andere Physiker: das Leben von Felix Ehrenhaft, 2003.

Биография еретика и смутьяна Феликса Эренхафта. Книга неплохо написана и она хорошо передает атмосферу австрийской науки того времени в частности и академической науки в целом. Следует отметить, что поколение Эренхафта пережило обе мировые войны и это также хорошо показано в книге (Эренхафт не участвовал в боевых действиях). Интересно отметить, что в доме Эренхафта в Вене в гостях были многие знаменитые физики, в том числе Эйнштейн и Милликен. Несмотря на острую полемику в публикациях Эренхафт и Милликен не доказывали свою правоту на кулачках.

Интересено отметить, что Пол Фейерабенд изучал физику под руководством Эренхафта. Поэтому в автобиографии Фейерабенда можно также найти информацию об Эренхафте.

В заключение приведу цитату Ричарда Фейнмана из книги ‘Вы, конечно, шутите, мистер Фейнман!‘ о том, что физики тоже люди и ничто человеческое им не чуждо.

‘На множестве опытов мы научились избегать некоторых видов самообмана. Один пример: Милликен измерял заряд электрона в эксперименте с падающими масляными каплями. И получил несколько заниженный, как мы теперь знаем, результат. Его незначительная ошибка объяснялась тем, что использовалось неверное значение для вязкости воздуха. Интересно проследить историю измерений заряда электрона после Милликена. Если построить график этих измерений как функцию времени, видно, что каждый следующий результат чуть выше предыдущего, и так до тех пор, пока результаты не остановились на некотором более высоком уровне.

Почему же сразу не обнаружили, что число несколько больше? Ученые стыдятся этой истории, так как очевидно, что происходило следующее: когда получалось число слишком отличающееся от результата Милликена, экспериментаторы начинали искать у себя ошибку. Когда же результат не очень отличался от величины, полученной Милликеном, он не проверялся так тщательно. И вот слишком далекие числа исключались и т.п. Теперь мы знаем про все эти уловки и больше не страдаем таким заболеванием.’

Обсуждение

https://evgeniirudnyi.livejournal.com/238889.html


Comments are closed.