Amerykański fizyk – Robert Millikan – za pomocą kropel oleju wyznaczył wartość ładunku elektrycznego pojedynczego elektronu. Eksperyment, który przeprowadził, jest uważany za jeden z piękniejszych w historii nauki, a zarazem wiąże się z nim nietypowa historia.

W 1909 rok Millikan zainteresował się ładunkiem elektronu i postanowił wyznaczyć go w sposób doświadczalny. Zaprojektował i stworzył przeznaczone do tego stanowisko. Początek eksperymentu wiązał się z rozpryskiwaniem wody w malutkie kropelki, które dzięki sile grawitacji spadały w stronę dolnej części stanowiska. Tam natrafiały na silne pole elektryczne oraz lampę rentgenowską. Fale rentgenowskie jonizowały krople wody poprzez wybijanie elektronów. Spowodowało to pojawienie się dodatniego ładunku elektrycznego, a co za tym idzie, zwolnienie swobodnego spadku, a nawet unoszenie się poszczególnych kropel. Millikan określał za pomocą mikroskopu, z jaką prędkością spadła kropla, w wyniku czego był w stanie wyznaczyć jej ładunek elektryczny.

Uproszczony schemat eksperymentu.

Analizując wyniki, amerykański fizyk dostrzegł regułę: ładunki elektryczne kropel wody były zawsze wielokrotnością szukanego ładunku elektronu. Potwierdziło to jego elementarność. Poszczególny elektron mógł być, bądź nie być, wybity za pomocą wiązki rentgenowskiej, lecz nie istniał stan pośredni. Mimo wszystko eksperyment okazał się niewystarczająco dokładny, by wyznaczyć precyzyjną wartość szukanego ładunku, ponieważ użyte kropelki wody, pod wpływem wiązki rentgenowskiej, za szybko parowały.

Biorąc na to poprawkę, Millikan zmodyfikował doświadczenie. Zamiast szybko parującej wody zastosował olej, stąd też angielska nazwa „oil-drop experiment”. Okazało się to strzałem w dziesiątkę. Dzięki większej dokładności Millikanowi udało się wyznaczyć wartość ładunku elektronu, którą oszacował na 1.592×10−19 C. W 1923 roku otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki.

To piękne odkrycie ma także swoją mroczną stronę. Robert Millikan zyskał wielki autorytet, co jak pokazała historia nauki, nie zawsze kończy się dobrze. Wielu badaczy z całego świata powtarzało doświadczenie – dochodząc do zaskakujących wniosków. Rzecz jasna w zależności od warunków eksperymentu wyniki często delikatnie się od siebie różniły, lecz średnia z nich dawała wartość większą, niż podał Millikan. Dziś wiemy, że amerykański fizyk wykorzystał w obliczeniach błędną wartość lepkości powietrza, stąd różnica wynosząca sześciokrotność błędu standardowego. Jednakże większość badaczy pokornie uznała, że eksperymenty, które podwyższają średnią i nie zgadzają się z wynikiem Millikana, musiały zostać wykonane błędnie bądź przy złych warunkach, a co za tym idzie, postanawiali je powtórzyć. Strach przed podważeniem autorytetu Roberta Millikana doprowadził do spaczenia wyników badań. W ten sposób wartość stałej, zamiast zostać z miejsca wyznaczona dokładniej przez wielu badaczy z całego świata, przez wiele lat bardzo powoli zbliżała się do obecnie znanej wartości, w przybliżeniu 1.602×10−19 C. Ten niesamowity absurd w swojej biografii „Pan raczy żartować, panie Feynman?” opisał fizyk i noblista, Richard Feynman.

Autor

Szymon Ryszkowski
Szymon Ryszkowski