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密立根精準測出基本電荷,伴隨名聲而來的卻是陰影

【科學史上的今天】3/22——密立根誕辰(Robert Millikan, 1868-1953)

1908 年,出生於 1868 年 3 月 22 日、邁入不惑之年的美國物理學家密立根(Robert Millikan)望著窗外的校園,檢視目前還算令人稱羨的生活:美滿的婚姻、三個小孩、在芝加哥大學任教,而且還是個頗有名聲的教科書作家。然而,有件事他始終耿耿於懷,那就是他還沒有足以名留青史的研究成果。仔細思考後,他決定挑戰至今眾人仍束手無策的難題:測定電子的基本電荷。只是他沒料到,當名聲如願以償時,伴隨而來的,卻是難以抹平的陰影⋯⋯

雖然 J. J.湯姆生(Joseph J. Thomson)1897 年就發現電子,但對於電子攜帶的電荷究竟是大小各有不同,還是有共同的基本單位,始終沒有概念。J. J. 湯姆生帶領學生鑽研這個問題已好幾年,他們在雲霧室裡裝了可以通電的金屬板,然後觀察帶負電的水氣下降速率,在扣除重力與空氣阻力的影響後,估算出平均每一微滴平均所受的電力──也就是電子的電荷大小。但因為霧氣很快就蒸發,只能得到相當粗略的估算。

密立根沿用這個方法,但將設備改良成研究單一水滴,而非一片雲霧。最重要的突破在 1910 年,他用油滴取代水滴,克服了快速蒸發的問題。這許多年來,他除了盡教學工作的本分之外,其餘時間幾乎完全投入這項實驗,還屢屢忘了參加應允出席的宴會。最後,那單調乏味的長期觀察終於有了成果,1913 年他發表論文,宣告基本電荷的值為 1.592 x 10-19 庫倫,與目前已知的電荷值誤差在千分之五以內。

這項成就,再加上三年後又以實驗證實愛因斯坦的光電效應,密立根終於如願以償,在 1923 年獲頒諾貝爾物理獎(諷刺的是,他根本不相信光是量子,做實驗是想證明愛因斯坦是錯的)。只不過這個光環日後卻有些黯淡。1981 年,先是美國科學哲學教授艾倫.富蘭克林(Allan Franklin)發現密立根當時是從 140 個實驗數據中挑選出 58 個他認為「美的」,才得出基本電荷存在的結論;雖然算出來的電荷值相當精確,但這種人為操弄畢竟不符合科學精神。接著,密立根當年的研究生佛萊契爾(Harvey Fletcher)死後,人們才從文件中發現他也共同參與了油滴實驗——事實上,改用油滴取代水滴根本就是佛萊契爾建議的,但密立根卻隻字不提,自己獨佔所有功勞。

對於榮耀的渴求,固然能帶來鍥而不捨地追尋科學真理的動力,卻也容易誘使人們走向歧途,忘了科學精神比科學成果更重要。密立根的故事又怎能不讓人警惕?

本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。

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關於作者

張瑞棋

1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。自小喜愛科學新知,浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,更成為重度閱讀者。當了中年大叔才成為泛科學專欄作者,著有《科學史上的今天》一書,如今又因翻譯《解事者》,而多了個譯者的身分。