Правда и ложь в истории великих открытий

Невероятные трудности, связанные с определением величины e, наглядно проиллюстрированы экспериментами Гарольда А. Вильсона. Он использовал конденсационную камеру, в которой насыщенный влагой воздух образует конденсат. Он также предположил, что капли воды концентрируются вокруг одиночных заряженных ионов в стеклянной камере. Взяв это за основу, он начал измерять скорость, с которой падали образовавшиеся капли. Эта величина зависела от веса и размера капли, а также от вязкости газовой среды. Г. А. Вильсону удалось измерить эти факторы с определенной долей точности. На этой, начальной, стадии эксперимента заряд иона никоим образом не влиял на поведение облака в камере. Но Вильсон затем изменил процедуру, поместив облако в электрическое поле, под действием которого капли стали падать на дно камеры быстрее, чем капли, увлекаемые просто силой тяжести. Таким образом, можно было попытаться определить величину зарядов самих ионов. Дело в том, что скорость, с которой капли устремляются к аноду, зависит от величины заряда этих капель. Г. А. Вильсону наконец удалось рассчитать среднее значение e, которое равнялось -3,1 x 10^-10 ед. СГСЭ.

Никто, однако, не рассматривал этот эксперимент как имеющий чрезвычайную важность, поскольку Вильсону и другим ученым, повторявшим его эксперимент, не удалось избавиться от множества мешавших факторов. Наиболее значимым из них была скорость испарения воды в каплях. Вильсону и его коллегам-атомистам пришлось расширить диапазон погрешности при расчете среднего значения e, которое у них изменялось от -2,0 x 10^-10 до -4,4 x 10^-10 ед. СГСЭ. Хотя Вильсон чувствовал, что медленно, но все-таки подходит к получению точного значения e, он понимал, что его результаты работают на тех теоретиков, которые придерживаются противоположных взглядов. Вместо того чтобы признать, что разброс полученных значений e отражает действие целого комплекса факторов, теоретики из противоположного лагеря объясняли их наличием некоторого континуума электрических эффектов, вполне укладывающихся в теорию возмущений электромагнитного эфира. Итак, образовался тупик.

Аналогичные эксперименты, проводимые Томсоном, Резерфордом и Ч. Т. Р. Вильсоном, страдали тем же недостатком. Неточность их экспериментов означала, что они могут предложить величину e, рассчитанную на основе средних статистических значений, которые не образуют даже статистическое распределение. Сторонники эфира считали, что высокая изменчивость результатов — ключевое свидетельство в их пользу, ведь именно это и предсказывала их теория. В такой ситуации атомисты могли победить, только проведя блестящий эксперимент и получив величины е, плотно расположенные вокруг среднего значения, а все остальные значения электрических зарядов — ему кратные. Именно такой эксперимент и задумал Роберт Милликен.

НЕМНОГО УДАЧИ И ПРОРЫВ

Милликен нисколько не сомневался в правоте корпускулярной теории, а потому особое внимание он обратил на слова Резерфорда, утверждавшего, что главным недостатком эксперимента Вильсона было то, что в конденсационных камерах происходило испарение воды. Предотвратить испарение исключительно трудно, поэтому Милликен вместо этого решил измерить его скорость, для чего пришлось воспроизвести все прежние эксперименты. Поначалу Милликен попытался использовать электрическое поле, чтобы стабилизировать состояние верхнего слоя конденсата, противодействуя его падению. Это было необходимо для того, чтобы ничто не мешало ему измерить скорость испарения. В результате эксперимент дал неожиданные, но полезные результаты. Даже подавая 10 000 вольт в верхнюю часть конденсата, Милликену не удалось его удержать. Вместо этого он наблюдал, как большая часть конденсата почти полностью исчезла, поскольку возмущенные полем капли стали энергично отталкиваться друг от друга.

Милликен был действительно великим ученым: он сразу оценил значимость этого наблюдения. Прежние эксперименты Резерфорда, Бегемана и Вильсона строились непосредственно вокруг конденсата, их не интересовали отдельные капли. Они заранее принимали, что каждая капля имеет один и тот же заряд. Но то, что увидел Милликен, напоминало последствия землетрясения в районах массовой застройки: хотя большинство зданий, как правило, тут же разрушается, некоторым, обладающим достаточной сейсмостойкостью, удается устоять. Аналогичным образом в конденсационной камере Милликена почти все капли исчезли, но несколько капель все же осталось.