话说瑞典皇家科学院诺贝尔奖委员会在1922年11月底破例同时宣布两个获奖消息:一是把将1921年度诺贝尔物理奖授予物理学家爱因斯坦,表彰他解释光电效应。二是把本年度诺贝尔物理奖授予物理学家玻尔,表彰他研究微观世界的原子结构并提出原子模型理论。诺贝尔奖委员会给他们颁完奖后,立刻锁定1923年度物理奖候选人名单:一位在微观世界的电子和解释光电效应方面取得重大突破的美国人罗伯特·安德鲁·密立根。
获诺贝尔奖的密立根 图源:物理双月刊网
富家子弟多才艺
密立根的祖上住在新西兰,父母迁到美国伊利诺伊州。作为家中次子,密立根受到良好的教育,小学时语文、数学成绩都特好,属于“别人家的孩子”。这为他以后多方面发展打下良好的基础。进入美国俄亥俄州奥柏森大学后,他先选学希腊语和数学专业,后改修物理。大二时,他被任命为物理预科班的老师,一边自学一边授课。类似我国上世纪八九十年代的中师生,初中毕业教初中学生,必须是优生中的优生才行。奥柏森大学没有物理学教材,密立根自告奋勇编写了一套基础物理教材。此教材通俗易懂,文采斐然,被许多学校使用,密立根开始崭露头角。
大学毕业后,伊利诺伊州的报社需要一名熟悉法律的记者,密立根应邀去帮忙。他把法律知识融进文章里,写的报道幽默风趣且切中肯綮。当记者期间,他受人之托当陪审法官或辩护律师,在法庭上表现非常出色。自此,密立根在家乡声名鹊起。如果按这个事态发展下去,密立根将成为一名出色的教授、作家或律师,但多半难以获得诺贝尔物理学奖。可是,从教物理那时起,他就知道自己喜欢什么,应该往哪个方面发力。这就是所谓的自知之明。
油滴实验测电荷
1895年,在家乡短暂停留后,27岁的密立根自费到欧洲游学,进修物理。次年回到美国后,他即到芝加哥大学报到,任教物理学,不久因教学出色升为副教授。1921年,他调到加州理工学院担任物理系主任,直到1946年退休。
密立根正在做实验 图源:物理双月刊网
油滴实验简图
密立根油滴实验详图 图源:物理双月刊网
基本电荷是实验测来的自然界存在的最小电量,它的出现,让许多物理常数的计算达到更高的精度。密立根也因此名声大噪。遗憾的是,密立根在论文中犯了两个错误,导致他和他的油滴实验受到后人诟病。一是论文没有署弗雷彻的名字;二是文中只列举了91组观测结果,对相差较大的49组只字未提,这与论文所说“代表了所有的油滴实验”(见《密立根实验记录本》)所写严重不符。
研究光电得惊喜
中年密立根的精力相当充沛。当弗雷彻一门心思做油滴实验的时候,他又迸出一个想法:通过实验来证明爱因斯坦的光量子理论和光电效应方程是错的。
密立根光量子实验图 图源:物理双月刊网
1916年,密立根把研究内容公开发表。自此,爱因斯坦的光量子理论得到验证,密立根也因为出色的研究获得了1923年度诺贝尔物理学奖。