Призма и маятник. Десять самых красивых экспериментов в истории науки

Вернувшись в Чикаго из Виннипега, Милликен поспешил в Райерсон-холл – корпус в самом центре университетского кампуса, где располагалась его лаборатория. Глядя сегодня на впечатляющее неоготическое здание с бойницами в зубчатых стенах, нелегко догадаться, что это одна из первых в Америке физических лабораторий, построенная в конце XIX столетия. Даже оказавшись внутри, трудно поверить, что среди громадных дубовых потолочных балок и живописных винтовых лестниц располагается научная лаборатория. Однако это здание из камня и дерева обладает прекрасными изолирующими свойствами; металлические конструкции при строительстве не употреблялись во избежание магнитных помех, которые могли бы помешать экспериментам с предельно малыми электрическими и магнитными полями. Лабораторию строили на основе рекомендаций американского физика Альберта Майкельсона, настоявшего на определенных технических условиях и строительных материалах, которые, по мнению ученого, требовались для успеха экспериментов.

У входа в Райерсон-холл Милликен столкнулся с самим Майкельсоном. Милликен сообщил своему именитому коллеге, что разработал метод, который позволит ему определить заряд электрона с точностью до одной десятой процента, в противном случае, заявил он, «я вообще ни на что не гожусь». Oн сразу же заказал новый аппарат специально для методики «уравновешенной капли», но с использованием масла. Как и раньше, он собирался создать отрицательные электрические заряды в камере, заполненной каплями (на сей раз масла), выбрать одну из них и позволить ей падать под влиянием только одной силы притяжения. На основании этого он смог бы вычислить радиус капли. Затем он намеревался подключить ток к пластинам и направить крошечную каплю вверх, затем вниз, затем снова вверх. Милликен наблюдал за каплями через небольшое окошечко, освещенное с противоположной стороны специальной подсветкой. Измерение времени подъема и падения капель позволило бы ему вычислить их заряд.

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.