密立根油滴实验历史评价中的哲学背景分析 王延锋 (上海交通大学科学史与科学文化研究院) 摘要：关于密立根油滴实验及其与埃伦哈夫特之争，逻辑经验主义者普遍盛赞密立根的精湛 技艺和完美的数据：历史主义者将之作为“观察渗透理论”的典型：当代新实验主义者则试 图从实验本身为密立根对数据的选择作合理辩护。此案例表明，不同历史时期，在不同的哲 学观念影响之下，对同一科学史问题有不同的解释，历史评价永远没有终结。 关键词：密立根油滴实验：观察渗透理论：新实验主义 一，引言 密立根油滴实验是现代实验物理学中极为重要，也是引起争议最多的一项实验。2002 年，美国布鲁克海文国家实验室的历史学家罗伯特·克瑞丝(Robert P.Crease)做了一次调 查，要求科学家提名科学史上最美丽的实验。结果，密立根的油滴实验与伽利略的落体实验、 牛顿的棱镜分光实验等并称“科学上十个最美丽的实验”。四但是，也有学者指出，密立根 凭个人偏见选择数据发表，有欠诚实公正。2即.67-1甚至有学者指责他“私自修改数据，弄 虚作假”。密立根油滴实验已届一百周年（最重要的实验于1912年完成，1913年发表)， 有不少学者对密立根的实验及其与埃伦哈夫特的争论，甚至诺贝尔奖的公正性等提出许多颇 不相同的评论，众说纷纭。本文力图从时代哲学背景就其中比较典型的观点做梳理分析，以 探讨不同学者评价差异如此之大的根源。 二，实验经过 1897年，英国卡文迪什实验室的汤姆逊(.J.Thomson)利用阴极射线在电磁场中的偏 转测量了电子的荷质比，初步判定电子的存在。从此，汤姆逊与其同事汤森德(JS.E. Towsend)、研究生威尔逊(H.A.Wilson)等尝试不同的方法精确测定电子的电荷。在曼彻 斯特从事放射性实验的卢瑟福(Ernest Rutherford)很坚信电子的存在，并用a散射实验推算 电子的电荷量。但是，欧洲大陆的一些科学家，如法国的皮埃尔·迪昂(Pierre Duhem)、 奥地利的恩斯特·马赫(Ernst Mach)等不相信原子论假说。其中一些科学家，如密立根的 光学和电磁场理论老师，德国柏林大学博士学位获得者迈克尔·普品(Micheal Pupin)等不 仅反对原子论，而且明确主张电是一种连续流体而不是分离的电子。但是，随着汤姆逊、汤 森德、威尔逊等测量电子电荷取得进展，加上放射性、x射线等其它新发现，科学界越来越 倾向于电的原子论。 最先直接测量电子电荷的是爱尔兰物理学家汤森德。1897年，汤森德依据电解出来的气 体分子有少量带电，使其通过水泡出来形成云雾状带电水滴，测出一定体积内云雾水滴的总 质量和总电量，并观察顶层云雾水滴下降的速度，用斯托克斯公式求出水滴的半径，计算出 水滴的总数，假定每个水滴带一个单位的电荷e,就可计算出e值。汤森德得出e=3×I010静 电单位。次年，汤姆逊改进汤森德的办法，用x射线使水滴带电，测出e=6.5×1010静电单位。 1903年开始，威尔逊又改进汤姆逊的办法，用铜板给云雾室加上竖直方向的电场，以控制水 滴的运动，测出e=2.0×1010~4.4×10-10静电单位，平均值e=3.1×10-10静电单位。 1906年开始，密立根重复威尔逊的实验，用云雾室测定电子的电荷，得出的数据跟威 尔逊的相似，起伏很大，没有发表的价值。为提高实验的精确度，1907~08年，他与助手 贝格曼(Begeman)改用镭化合物电离云雾，进行的十次观测结果e=3.66.0×10-10~4.37×10-10 11 密立根油滴实验历史评价中的哲学背景分析 王延锋 （上海交通大学科学史与科学文化研究院） 摘要：关于密立根油滴实验及其与埃伦哈夫特之争，逻辑经验主义者普遍盛赞密立根的精湛 技艺和完美的数据；历史主义者将之作为“观察渗透理论”的典型；当代新实验主义者则试 图从实验本身为密立根对数据的选择作合理辩护。此案例表明，不同历史时期，在不同的哲 学观念影响之下，对同一科学史问题有不同的解释，历史评价永远没有终结。 关键词：密立根油滴实验；观察渗透理论；新实验主义 一，引言 密立根油滴实验是现代实验物理学中极为重要，也是引起争议最多的一项实验。2002 年，美国布鲁克海文国家实验室的历史学家罗伯特·克瑞丝（Robert P. Crease）做了一次调 查，要求科学家提名科学史上最美丽的实验。结果，密立根的油滴实验与伽利略的落体实验、 牛顿的棱镜分光实验等并称“科学上十个最美丽的实验”。[1]但是，也有学者指出，密立根 凭个人偏见选择数据发表，有欠诚实公正。[2,(pp.67-71)]甚至有学者指责他“私自修改数据，弄 虚作假”。[3]密立根油滴实验已届一百周年（最重要的实验于 1912 年完成，1913 年发表）， 有不少学者对密立根的实验及其与埃伦哈夫特的争论，甚至诺贝尔奖的公正性等提出许多颇 不相同的评论，众说纷纭。本文力图从时代哲学背景就其中比较典型的观点做梳理分析，以 探讨不同学者评价差异如此之大的根源。 二，实验经过 1897年，英国卡文迪什实验室的汤姆逊(J. J. Thomson) 利用阴极射线在电磁场中的偏 转测量了电子的荷质比, 初步判定电子的存在。从此，汤姆逊与其同事汤森德（J. S. E. Towsend）、研究生威尔逊（H. A. Wilson）等尝试不同的方法精确测定电子的电荷。在曼彻 斯特从事放射性实验的卢瑟福（Ernest Rutherford）很坚信电子的存在，并用α散射实验推算 电子的电荷量。但是，欧洲大陆的一些科学家，如法国的皮埃尔·迪昂（Pierre Duhem）、 奥地利的恩斯特·马赫（Ernst Mach）等不相信原子论假说。其中一些科学家，如密立根的 光学和电磁场理论老师，德国柏林大学博士学位获得者迈克尔·普品（Micheal Pupin）等不 仅反对原子论，而且明确主张电是一种连续流体而不是分离的电子。但是，随着汤姆逊、汤 森德、威尔逊等测量电子电荷取得进展，加上放射性、x射线等其它新发现，科学界越来越 倾向于电的原子论。 最先直接测量电子电荷的是爱尔兰物理学家汤森德。1897年，汤森德依据电解出来的气 体分子有少量带电，使其通过水泡出来形成云雾状带电水滴，测出一定体积内云雾水滴的总 质量和总电量，并观察顶层云雾水滴下降的速度，用斯托克斯公式求出水滴的半径，计算出 水滴的总数，假定每个水滴带一个单位的电荷e，就可计算出e值。汤森德得出 e=3×10 -10 静 电单位。次年，汤姆逊改进汤森德的办法，用x射线使水滴带电，测出 e=6.5×10 -10 静电单位。 1903年开始，威尔逊又改进汤姆逊的办法，用铜板给云雾室加上竖直方向的电场，以控制水 滴的运动，测出 e=2.0×10 -10 ～4.4×10 -10静电单位，平均值 e=3.1×10 -10静电单位。 1906 年开始，密立根重复威尔逊的实验，用云雾室测定电子的电荷，得出的数据跟威 尔逊的相似，起伏很大，没有发表的价值。为提高实验的精确度，1907～08 年，他与助手 贝格曼（Begeman）改用镭化合物电离云雾，进行的十次观测结果 e=3.66.0×10 -10 ～4.37×10 -10