Призма и маятник. Десять самых красивых экспериментов в истории науки

«Природа была добра ко мне. Едва ли при каком-либо другом сочетании размеров, параметров электрического поля и материалов я мог бы получить необходимые результаты».

Осенью 1909 года Милликен решил опубликовать свою первую большую статью о «методе уравновешенной капли». Работа увидела свет в феврале 1910 года. Материал в статье изложен с удивительной честностью. Историк науки Джеральд Холтон охарактеризовал работу как редкое явление в научной литературе. Милликен включил в статью свои личные суждения о надежности и ценности каждого из тридцати восьми наблюдений капель, проранжировав их. Тремя звездочками он отметил два «лучших» наблюдения, которые имели место «вероятно, при идеальных условиях» – это значило, что у исследователя была возможность наблюдать за каплей достаточно долго, чтобы убедиться в ее неподвижности, точно отследить время ее прохождения через перекрестие визира и не увидеть никаких нарушений в характере ее движения. Двумя звездочками Милликен пометил семь «очень хороших» наблюдений, одной звездочкой – десять «хороших» наблюдений и без пометок оставил тринадцать «посредственных». Примечательно и то, что Милликен откровенно признался, что ему пришлось отбросить три «хороших» наблюдения – включение которых никак бы не отразилось на конечном результате – из-за какой-то неопределенности в положении капель и значении параметров электрического поля; еще три – из-за изменений в параметрах поля; и еще одно просто потому, что в этом случае заряд оказался на 30% ниже, чем в остальных, и это вызвало у исследователя подозрение, что в эксперимент вкралась какая-то ошибка. Как заметил Холтон, «Милликен хотел подчеркнуть, что знает, каким должен быть хороший эксперимент, и не желал пренебрегать этим знанием ни при каких обстоятельствах»111. Анализ, подобный вышеприведенному, всегда является частью научных исследований, но экспериментаторы редко публикуют его в открытой печати.

Впрочем, словно подтверждая правильность давней мудрости, что ни одно доброе дело не остается без наказания, Милликену вскоре пришлось пожалеть о своей чрезмерной честности. В том же году в дискуссию вступил Феликс Эренгафт (1879–1952), физик из Венского университета. Воспользовавшись оборудованием, похожим на милликеновское, но с частицами металла вместо капель воды, Эренгафт заявил в 1910 году, что в результате своих исследований он установил существование «субэлектронов» с зарядом меньшим, чем наименьший из обнаруженных Милликеном. Эренгафт не просто провел пересчет данных Милликена, но, воспользовавшись теми наблюдениями Милликена, которые тот отбросил как недостаточно надежные, попытался создать впечатление, что данные американского исследователя подтверждают его выводы.

Однако ко времени появления статьи Эренгафта Милликен уже понял, как можно кардинальным образом усовершенствовать эксперимент. В августе 1909 года, незадолго до представления к публикации своей первой статьи, Милликен съездил в канадский Виннипег на конференцию Британской ассоциации развития науки, президентом которой в тот год был Джозеф Джон Томсон. И хотя Милликен не был включен в список выступающих, он привез с собой результаты своих исследований и, представляя их, привлек к себе большое внимание. Вскоре после конференции он решил заменить капли воды на более тяжелую субстанцию с меньшей скоростью испарения – к примеру, на ртуть или масло. В своей автобиографии, написанной двадцать лет спустя, Милликен называет моментом откровения то, что произошло с ним на пути домой. Он вдруг понял, насколько наивны и даже глупы попытки бороться с испарением водяных капель, при том что существуют часовые масла, специально созданные для предотвращения испарения112.

Вопрос о том, как это происходило на самом деле, столь же туманен и загадочен, как и верхняя поверхность облака. В статьях, опубликованных в то время, Милликен приписывает своему коллеге Дж. Ли заслугу в разработке метода распыления с целью создания крошечных сферических капель. Однако Харви Флетчер, один из аспирантов Милликена, утверждал позднее, что идея использования масляных капель принадлежит именно ему. Скорее всего, ни о каком моментальном озарении у Милликена речи не идет, так как проблемой предотвращения испарения в то время занимались абсолютно все, кто имел хоть какое-то отношение к описываемому эксперименту.