科学史上著名公案——密立根事件

3 03 2008年

诺贝尔和平奖、文学奖的颁发经常引起争议,但一般认为科学领域的诺贝尔奖还是比较名副其实的。其实科学领域的诺贝尔奖错过了该得的人,或错发给了不该得的人也屡见不鲜。即使是那些公认该得诺贝尔奖的获奖者,其学术道德也不是无可指摘的。1923年因油滴实验获得诺贝尔物理学奖的美国物理学家密立根就是一个典型的例子。

文科生可能会对密立根油滴实验感到陌生,但是理科生在高中物理电磁学部分都学过甚至在实验课重复过这个实验。这是一个设计极为巧妙的实验,不仅证明了电荷的不连续性,而且测出了电子基本电荷的精确数值。

这个实验的基本原理是这样的:用喷雾器将油滴喷入两块平行电极板之间,观察油滴的运动情况。先不给电极板加上电压,这时油滴在重力的作用下加速下降,下降过程中受到空气阻力和空气浮力的阻挠,加速度越来越小,最终,向下的重力与向上的阻力、浮力达到平衡,这时油滴将做匀速下降运动。然后给电极板加上电压,油滴经喷射后一般都带电,在电场的作用下将加速上升,最终,向上的电场力、空气浮力与向下的重力、空气阻力达到平衡,油滴将做匀速上升运动。通过测定同一个油滴不加电场时的匀速下降速度和加电场时的匀速上升速度,就可以算出这个油滴所带的电荷。对许多不同的油滴进行测量的结果表明,油滴所带的电量总是某一个最小固定值的整数倍,这个最小固定值就是电子所带的电量即基本电荷。

密立根是在1907年在芝加哥大学任教时开始做测定基本电荷的实验的。他一开始用的是水滴。在1909年他首次报告了用水滴测定的基本电荷的数值。但是用水滴做实验有一个很大的问题:水滴很容易挥发,只能对它们的运动情况做几秒种的观察。

这时研究生哈维·弗雷彻加入了密立根实验室。在参与讨论如何防止水滴蒸发的问题之后,弗雷彻建议改用油滴做实验。在一天之间,弗雷彻制作了油滴实验的设备,并在当天就进行了实验,获得了一个比较靠谱的基本电荷数据。那一天密立根不在实验室。密立根在第二天回到实验室后,看到了弗雷彻的实验设备,非常兴奋。此后两个人一起工作,对实验设备进行了改进。6周后,公布了实验结果。

很显然,这个实验的论文应该由两人联合发表。但是密立根提醒弗雷彻,根据学校的要求,研究生的博士论文必须单独署名,不能有合作者。密立根建议,弗雷彻可以在以后的某篇论文单独署名做为其博士论文,但是做为交换条件,这第一篇论文必须只署密立根一人的名字。弗雷彻虽然感到失望,但是没有别的办法,同意了这一安排。于是在1910年密立根做为唯一作者发表了第一篇油滴实验的论文,并最终获得诺贝尔奖。弗雷彻则在第5篇论文中做为唯一作者。1982年,弗雷彻死后发表的文章中才披露了这个秘密。

这个安排虽然是两人协议的结果,而密立根在第一论文中也提到实验是由他和弗雷彻一起做的,但是不管以什么理由或交换条件,剥夺研究生在参与设计和实验的论文的署名权,仍然是一种不正当的行为。不能拿论文的署名权做交易。密立根如果大度一点的话,完全可以让第一篇论文两人共同署名,这与让弗雷彻以后在某篇主要由他一个人完成的论文中单独署名,一点也不冲突。论文的作者必须是对实验做出了实质性贡献的所有的人,不能多也不能少。然而,即使是在今天,实验室的“老板”不看对论文的实质性贡献,利用权势决定谁是论文的共同作者,这仍然是相当常见的。

密立根的问题还不限于此。在密立根的论文发表后,其他实验室试图重复其实验。其主要对手是维也纳大学的菲里克斯·厄仑霍夫特。在1911~1913年间,厄仑霍夫特重复了油滴实验,但是却未能发现像密立根所说的油滴所带的电量总是某一个最小固定值的整数倍。1913年,密立根发表了一篇论文,其数据非常清楚地表明了基本电荷的存在,并算出了基本电荷的精确值,从而结束了争论。

密立根油滴实验果真像其论文显示的那样清晰、精确吗?1981年,阿兰·富兰克林研究了密立根的实验记录本,发现密立根在记录本中对其观察结果进行打分,从“一般”到“最好”。根据记录本,密立根在1913年发表的论文依据的是140次观察,然而他把其中49次观察的数据舍弃不用,只根据91次他认为较好的观察结果的数据进行计算。但是,在论文中,密立根却声称该论文“代表了所有的油滴实验”。如果密立根把所有的观察数据都包括进去,虽然不会影响其结果,却会加大误差。这样,密立根通过有选择性地删除数据,获得了漂亮的实验结果,并且在论文中误导读者。像这样对实验数据进行修饰,不论是少报还是多报实验次数,不论是删除不利数据还是增添有利数据,都是一种严重的学术不端行为。

现在看来,密立根当时获得的基本电荷数值偏低,因为他在计算空气阻力时使用了不准确的空气粘滞系数。1974年,美国著名物理学家费曼在加州理工学院毕业典礼发表的演说中提到一个有趣的现象:在密立根之后物理学家测定的基本电荷数值随着时间的推移在不断增大,每次只增大一点点。费曼认为这是由于后来的物理学家在测定基本电荷时,如果获得的数值比密立根的数值高得多,就会想当然地认为自己测错了,回头去找原因,舍去这些“高得离谱”的数据,只保留那些比较接近密立根数值的数据。看来干修饰数据勾当的物理学家还不在少数呢。

2008.2.24

(《经济观察报》2008.3.3)

(XYS20080303)


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18篇回复 to “科学史上著名公案——密立根事件”

3 03 2008年
木筏子 (16:31:01) :

拜读了。

3 03 2008年
LL (17:39:28) :

沙发

3 03 2008年
南风 (17:57:48) :

呵呵,板凳也不错。

3 03 2008年
laura (18:01:23) :

想起大学时做生产实习,我们测的数据总是超限,老师对我们的要求是这种情况必须全部重新观测的,但我们并未那么做,因为时间来不及,后来老师就把数据处理结果给我们了,我们开始下一步的工作。我想老师是对我们观测的数据进行了选择组合然后处理的,也许老师的经验很丰富可以判断数据的可用性?
读硕士时帮导师处理数据,所有数据一起处理得的结果不理想,然后就挑出去一些数据再处理看结果,结果就比较理想了。不过其他老师从我那儿简单看了看,觉得我导师的方法并无什么突破,没什么重要。我现在想,大约理论有没有价值那是另外的事,但因此可以发表的论文至少3、4篇吧

3 03 2008年
gonewithwind (19:06:50) :

这就是人性复杂而多变的一面,既真实又无奈,而且还很永恒。

3 03 2008年
上帝之脑 (20:07:41) :

不如弄一个群来让对科学和打伪科学的志同道合者有个交流的途径吧,大家觉得怎么样

3 03 2008年
langfellow (22:42:09) :

群里面没完没了地说话,可能很多人没有这个时间。

4 03 2008年
付强 (09:26:39) :

伟大的作品不等于伟大的人格!
修正前人的学术错误是科学家(包括社会科学和人文科学)的事,修正人格的错误却是我们每一个人的事!

4 03 2008年
陈博 (11:14:19) :

http://news.163.com/08/0304/04/465QQOQS00011229.html

方老师,这个新闻里说了一个所谓的“气功大师”发功手掌煎鱼的。
我练了十几年武术和内功,我认为这个绝对绝对是骗人的。您对这个怎么看?

4 03 2008年
LL (11:59:21) :

陈博:
我看了,那是个小魔术。

4 03 2008年
LL (12:05:09) :

我昨天发帖后明明显示的是:“one Responses to “科学史上……密立根事件”,怎么现在变成了第二?

4 03 2008年
alpha000001 (13:04:26) :

看来陈博没看过《实话实说——揭秘》,那里可就演过类似的这个。
唉,刚买来,都看了,想传上网,可惜现在硬盘烤不下。

4 03 2008年
陈博 (13:06:22) :

我有机会找来看吧,现在在国外,下载量受限制。
我是工科背景,对生物学没有什么底子。但是对于这方面的知识我很有兴趣。方舟子老师让我增加了很多见识。

4 03 2008年
alpha000001 (13:14:57) :

不用在网上下了,我找了好几年都没找到下的地方,年前发现joyo上竟然还有卖,就买了套。
你上面那个按那碟里说是属于表演+魔术类的,好像算是化学反应那个,节目里解释是,可以用白磷,或者氧化剂和还原剂作用,都可以。
司马南的说法是,这些都是江湖的东西,有时候也会让专家看不明白的。

4 03 2008年
陈博 (13:22:41) :

对,10年前,我的一个初中同学的奶奶病了,请了一个气功师过来,那个人自称能发功治病还能透视。现场给我们表演了一下,我同学一家子都给骗了。我练过气功,知道那是假的,所以不信,但是我当时也没有看出来那个人窍门在哪里,后来看司马南先生的节目才弄清楚一点。

4 03 2008年
付强 (17:42:29) :

方舟子、司马南是中国最富有正义感的人!

6 03 2008年
上帝之脑 (09:59:31) :

那些人变魔术,变得很差的,真正的魔术师,比气功师神奇百倍,直接在你面前变,你都看不出来,拿破仑曾经靠一个魔术师让一支军队以为法国人有神力而投降。
其实都是障眼法,我不揭穿秘密,变个魔术你也觉得神奇

14 10 2008年
RPF (18:32:56) :

  从过往的经验,我们学到了如何应付一些自我欺骗的
情况。举个例子,密立根(Robert Millikan)做了个油
滴实验,量出了电子的带电量,得到一个今天我们知道是
不大对的答案。他的数据有点偏差,因为他用了个不准确
的空气粘滞系数数值。于是,如果你把在密立根之后、进
行测量电子带电量所得到的数据整理一下,就会发现一些
很有趣的现象:把这些数据跟时间画成坐标图,你会发现
这个人得到的数值比密立根的数值大一点点,下一个人得
到的数据又再大一点点,下一个又再大上一点点,最后,
到了一个更大的数值才稳定下来。
  为什么他们没有在一开始就发现新数值应该较高?——
这件事令许多相关的科学家惭愧脸红——因为显然很多人
的做事方式是:当他们获得一个比密立根数值更高的结果
时,他们以为一定哪里出了错,他们会拼命寻找,并且找
到了实验有错误的原因。另一方面,当他们获得的结果跟
密立根的相仿时,便不会那么用心去检讨。因此,他们排
除了所谓相差太大的数据,不予考虑。我们现在已经很清
楚那些伎俩了,因此再也不会犯同样的毛病。
  然而,学习如何不欺骗自己,以及如何修得科学品德
等等——抱歉——并没有包括在任何课程中。我们只希望
能够透过潜移默化,靠你们自己去省悟。
  第一条守则,是不能欺骗自己——而你却是最容易被
自己骗倒的人,因此必须格外小心。当你能做到不骗自己
之后,你很容易也能做到不欺骗其他科学家的地步了。在
那以后,你就只需要遵守像传统所说的诚实方式就可以了。

–《别闹了,费曼先生》

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