美国实验物理学家密立根.doc

美国实验物理学家密立根一密立根(RobertAndrewsMillikan,18681953)美国实验物理学家.1868年3月22日生于伊利诺斯州的莫里森。1887年入奥柏森大学后，从二年级起被聘在初等物理班担任教员，他很喜爱这个工作，这使他更深人地钻研物理学，甚至在1891年大学毕业后，仍继续在初等物理班讲课，由此写成了广泛流传的教材。1893年取得硕士学位，同年得到哥伦比亚大学物理系攻读博士学位的奖金。成为该校造就来的第一位物理学博土。1895年获得博士学位后留学欧洲。1996年回国任教于芝加哥大学。由于教学成绩优异，第二年就升任副教授。密立根以其实验的精确著名。从1907年一开始，他致力于改进威耳孙云室中对0粒子电荷的测量甚有成效，得到卢瑟福的肯定。卢瑟福建议他努力防止水滴蒸发。1909年，当他准备好条件使带电云雾在重力与电场力平衡下把电压加到10000伏时，他发现的是云层消散后“有几颗水滴留在电场中”，从而创造出测量电子电荷的平衡水珠法、平衡油滑法，但有人攻击他得到的只是平均值而不是无电荷。1910年，他第三次作了改进，使油滴可以在电场力与重力平衡时上上下下地运动，而且在受到照射时还可看到因电量改变而致的油滴突然变化，从而求出电荷量改变的差值；1913年，他得到电子电荷的数值：e（47740009）esu，这样，就从实；验上确证了无电荷的存在。他测的精确值最终结束了关于对电子离散性的争论，并使许多物理常数的计算获得较高的精度。他的求实、严谨细致。富有创造性的实验作风也成为物理界的楷模，与此同时，他还致力于光电效应的研究经过细心认真的观测，1916年、他的实验结果完全肯定了爱因斯坦光电效应方程，并且测出了当时最精确的普娜克常量h的值。由于上述工作，密立根赢得1923，年度诺贝尔物理学奖。”他还对电子在强电场作用下逸出金属表进行了实验研究。他还从事元素火花光谱学的研究工作测量了紫外线与X射线之间的光谱区，发现了近1000条谱线，波长直到1366nm）使紫外光谱远超出了当时已知的范围。他对x射线谱的分析工作，导致了乌伦贝克（GEUhlenbeek19001974）等人在1925年提出电子自旋理论。他在宇宙线方面也做过大量的研究。他提出了“宇宙线”这个名称。研究了宇宙粒子的轨道及其曲率，发现了宇宙线中的“粒子、高速电子、质子、中子、正电子和V量子。改变了过去“宇宙线是光子”的观念。尤其是他用强磁场中的云室对宇宙线进行实验研究，导致他的学生安德森在1932年发现正电子。1921年起，密立根任教于加利福尼亚理工学院，他的努力有助于使该校成为世界上最著名的科学中心之一。1953年12月19在加利福尼亚的帕萨迪纳逝世。二诺贝尔和平奖、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。这个安排虽然是两人协议的结果，而密立根在第一论文中也提到实验是由他和弗雷彻一起做的，但是不管以什么理由或交换条件，剥夺研究生在参与设计和实验的论文的署名权，仍然是一种不正当的行为。不能拿论文的署名权做交易。密立根如果大度一点的话，完全可以让第一篇论文两人共同署名，这与让弗雷彻以后在某篇主要由他一个人完成的论文中单独署名，一点也不冲突。论文的作者必须是对实验做出了实质性贡献的所有的人，不能多也不能少。然而，即使是在今天，实验室的 “老板”不看对论文的实质性贡献，利用权势决定谁是论文的共同作者，这仍然是相当常见的。密立根的问题还不限于此。在密立根的论文发表后，其他实验室试图重复其实验。其主要对手是维也纳大学的菲里克斯厄仑霍夫特。在19111913年间，厄仑霍夫特重复了油滴实验，但是却未能发现像密立根所说的油滴所带的电量总是某一个最小固定值的整数倍。1913年，密立根发表了一篇论文，其数据非常清楚地表明了基本电荷的存在，并算出了基本电荷的精确值，从而结束了争论。密立根油滴实验果真像其论文显示的那样清晰、精确吗？1981年，阿兰富兰克林研究了密立根的实验记录本，发现密立根在记录本中对其观察结果进行打分，从“一般”到“最好”。根据记录本，密立根在1913年发表的论文依据的是140次观察，然而他把其中49次观察的数据舍弃不用，只根据91次他认为较好的观察结果的数据进行计算。但是，在论文中，密立根却声称该论文“代表了所有的油滴实验”。如果密立根把所有的观察数据都包括进去，虽然不会影响其结果，却会加大误差。这样，密立根通过有选择性地删除数据，获得了漂亮的实验结果，并且在论文中误导读者。像这样对实验数据进行修饰，不论是少报还是多报实验次数，不论是删除不利数据还是增添有利数据，都是一种严重的学术不端行为。三关于密立根的油滴实验 1897年汤姆生发现了电子的存在后，人们进行了多次尝试，以精确确定它的性质。汤姆生又测量了这种基本粒子的比荷（荷质比），证实了这个比值是唯一的。许多科学家为测量电子的电荷量进行了大量的实验探索工作。电子电荷的精确数值最早是美国科学家密立根于1917年用实验测得的。密立根在前人工作的基础上，进行基本电荷量e的测量，他作了几千次测量，一个油滴要盯住几个小时，可见其艰苦的程度。密立根通过油滴实验，精确地测定基本电荷量e的过程，是一个不断发现问题并解决问题的过程。为了实现精确测量，他创造了实验所必须的环境条件，例如油滴室的气压和温度的测量和控制。开始他是用水滴作为电量的载体的，由于水滴的蒸发，不能得到满意的结果，后来改用了挥发性小的油滴。最初，由实验数据通过公式计算出的e值随油滴的减小而增大，面对这一情况，密立根经过分析后认为导致这个谬误的原因在于，实验中选用的油滴很小，对它来说，空气已不能看作连续媒质，斯托克斯