Призма и маятник. Десять самых красивых экспериментов в истории науки - Роберт Криз

Рис. 18. Схема эксперимента с каплей масла (чертеж и подпись Милликена)

С того момента Милликен посвятил практически все свое свободное от преподавания время эксперименту. Его жена Грета, привыкнув к почти постоянному отсутствию мужа, постоянно объяснялась по этому поводу с приходившими к ним в дом гостями. Однажды Милликен был крайне озадачен комплиментами одного из своих знакомых, который выразил восхищение тем, что ученый при всей своей занятости находит время помогать жене по хозяйству. Позднее выяснилось, что Грета объяснила отсутствие мужа на ужине тем, что он «полтора часа наблюдал за ионом» и еще не закончил работу. Глуховатому гостю послышалось, что Милликен «полтора часа стирал и гладил» и поэтому не смог выйти к ужину [16] 113. В сентябре 1910 года Милликен опубликовал в журнале Science еще одну крупную работу по проблеме заряда электрона – первую, основанную на экспериментах с масляными каплями. На тот момент он еще не читал статьи Эренгафта, где австрийский ученый противопоставлял выводам Милликена свои собственные данные, и потому вторая статья Милликена написана в том же духе, что и первая. Хотя на сей раз он и не проводит ранжирования капель, но совершенно откровенно заявляет, что не включил несколько эпизодов измерений в свои вычисления заряда электрона. В некоторых случаях, писал он, это было связано с довольно значительной ошибкой в эксперименте:

«Когда скорости чрезвычайно малы, то из-за остаточных конвекционных потоков [потоков воздуха, вызываемых разницей температур] возникают ошибки, а когда скорости чрезвычайно велики, невозможно точно определить временные параметры».

В других случаях он отбрасывал их потому, что их значения были «нерегулярны», то есть существенно отклонялись от средней величины, установленной для большого числа капель. Однако их включение никак не повлияло бы на определение средней величины заряда электрона и отразилось бы только на степени погрешности эксперимента. Милликен писал:

«Метод, использовавшийся нами, настолько прост, а выводы настолько очевидны и убедительны, что даже непосвященный человек без особого труда понял бы нашу методику и смог оценить результаты»114.

Милликен продолжал совершенствовать свое оборудование, включив в него, к примеру, более точный прибор по измерению времени и более совершенное оборудование по контролю температуры. На протяжении всего 1911 года и в следующем году он продолжал наблюдения. Весной 1912-го, например, Милликен в течение нескольких недель наблюдал за масляными каплями через микроскоп, установленный в стенке камеры. В полдень пятницы 15 марта он полчаса разглядывал под микроскопом каплю номер 41 и с помощью секундомера пытался определить время ее подъема и падения между крошечными перекрестиями визира. Эту каплю он видел очень хорошо; обычные источники возмущений (например, воздушные потоки) отсутствовали. Несмотря на то, что работа, в общем-то, была довольно однообразной и утомительной, волнение исследователя нарастало. Завершив запись данных в свой лабораторный блокнот, он в нижнем левом углу записал слова, которые позднее процитировал во введении к своей книге:

«Очень красиво. Обязательно нужно это опубликовать, очень красиво!»115

К тому времени Милликену стало известно о статье Эренгафта и о группе исследователей, разделявших точку зрения австрийского ученого. Эренгафт обвинял Милликена в публикации ложных данных и заявлял, что его собственные данные доказывают существование субэлектронов. В 1913 году Милликен опубликовал подробную статью с изложением результатов своих экспериментов на усовершенствованном оборудовании. Явно задетый обвинениями Эренгафта, ученый попытался защититься от незаслуженных инсинуаций. Он писал, что обнародованные им данные основываются на ряде наблюдений с пятьюдесятью восьмью каплями, которые, как он подчеркивал, не были «специально отобраны, а включали все капли, с которыми проводился эксперимент в течение 60 дней подряд»116. В результате данной работы было получено значение заряда электрона (4,774 ± 0,009 × 10-10 электростатических единиц, или esu) с точностью до 0,5%.

Научное сообщество приняло результаты Милликена не только на основании этой его статьи, но и на основании других свидетельств в поддержку атомистической природы электричества. В 1923 году, в том числе и за упомянутую работу, Роберту Милликену была присуждена Нобелевская премия. В течение еще нескольких лет Эренгафт пытался доказать существование субэлектронов, но потом оставил эту безнадежную затею. Позднее Эренгафта увлекла еще одна необычная идея – магнитные монополи (магниты, у которых есть только один полюс). Теоретически они могут существовать, но никто никогда их не видел.

Однажды на конференции Эренгафт продемонстрировал аудитории некий предмет, зажатый в кулаке, заявляя, что это есть доказательство существования монополей. Пикантная ситуация имела место и в 1946 году, на ежегодном собрании Американского физического общества в Нью-Йорке. Американский физик Абрахам Пайс выступал с докладом, его внезапно прервал Эренгафт, которому к тому времени уже было семьдесят лет, но который, несмотря ни на что, продолжал отстаивать свою теорию монополей. Он попытался пробиться к трибуне, требуя, чтобы его выслушали, однако его остановили и вежливо вывели из аудитории.

Физик Герберт Голдстейн сидел рядом со своим наставником Арнольдом Зигертом.

– Теория Пайса намного безумнее теории Эренгафта, – заметил Голдстейн. – Но почему же мы считаем Пайса физиком, а Эренгафта идиотом?

Зигерт задумался на мгновение.

– Потому, – ответил он после недолгой паузы, – что Эренгафт верит в свою теорию117.

Сила убежденности Эренгафта в собственной правоте, по мнению Зигерта, мешала нормальному – то есть критически-ироничному – отношению к своей работе, которое требуется любому ученому, чтобы уметь идти на риск и импровизировать (недаром Ницше полагал, что убежденность – гораздо больший враг истины, нежели ложь).

Но были ли у Эренгафта какие-либо основания утверждать, что Милликен подтасовал свои данные? Джеральд Холтон внимательно проанализировал лабораторные записи Милликена, на которых была основана его статья 1913 года, и обнаружил, что на самом деле Милликен отследил поведение 140 капель, а не 58, как он утверждал. Таким образом, заявление Милликена, что капли «не были специально отобраны» и что в анализ были «включены все капли, с которыми проводился эксперимент в течение 60 дней подряд», – неправда. Возможно, у многих подобное открытие вызвало бы гримасу возмущения, однако самого Холтона это не слишком обеспокоило. Он высказал два возможных объяснения происшедшего. Одно из них – полемика с Эренгафтом. Милликен, совершенно убежденный в своей правоте, все же не хотел давать оппоненту дополнительные козыри, которые еще больше запутали бы проблему. Вторая причина того, что экспериментатор не упомянул целый ряд капель, становится ясна из длинного перечня причин ошибок в эксперименте, описание которых Холтон обнаружил в лабораторных заметках: «Напряжение батарей упало; в манометр не поступает воздух; частые нарушения из-за конвекции; нужно поддерживать более постоянное расстояние; имеют место ошибки секундомера; распылитель не работает».

Другими словами, Милликен вообще не рассматривал «опущенные» восемьдесят две капли как научно достоверную информацию. В лабораторных записях Милликена проводится четкое различение между каплями, наблюдение над которыми проводилось при более или менее идеальных условиях (их он часто характеризует как «красивые»), и каплями, в наблюдение за которыми вкралась та или иная ошибка. Вот образец записей, взятый Холтоном из заметок Милликена, сделанных в течение последней недели эксперимента:

«Красота. Температура и условия идеальны, никакой конвекции. Опубликовать [8 апреля 1912].

Опубликовать, красиво [10 апреля 1912].

Красиво, опубликовать [перечеркнуто и заменено] появилось броуновское [10 апреля 1912].

Идеально, опубликовать [11 апреля 1912].

Одно из лучших [12 апреля 1912].

Самое лучшее со всех возможных точек зрения [13 апреля 1912].

Красиво, для демонстрации соответствия между двумя методами получения v1 + v2. Точно опубликовать [15 апреля 1912].

Опубликовать. Подходит для демонстрации двух методов получения v… Нет. Что-то не то с температурой»118.