罗伯特·密立根（1923年诺贝尔物理学奖得主）
罗伯特·密立根（1923年诺贝尔物理学奖得主）
| 出生 | 1868年3月22日 美国伊利诺伊州莫里森 |
|---|---|
| 逝世 | 1953年12月19日（85岁） 美国加利福尼亚州圣马力诺 |
| 国籍 | 美国人 |
| 身份 | 物理学家 |
| 获奖年份 | 1923年 |
| 奖项类别 | 诺贝尔物理学奖 |
| 获奖理由 | 关于基本电荷和光电效应的研究 |
生平
罗伯特·安德鲁斯·密立根（Robert Andrews Millikan）1868年3月22日出生于美国伊利诺伊州莫里森的一个长老会牧师家庭。父亲西拉斯·富兰克林·密立根是一位公理会牧师，母亲玛丽·简·安德鲁斯出身于新英格兰移民家庭。密立根在六个孩子中排行第二。
密立根在爱荷华州马科科塔的中学毕业后，进入奥柏林学院（Oberlin College）学习古希腊语和数学。事实上他最初对古典语言学更感兴趣——他在奥柏林的希腊语教师鼓励他学习物理时，他反问："学习物理有什么用？"然而正是这位老师说的一句"不懂物理的人不足以称为有教养的人"打动了他。1889年获得学士学位后，他留校教了两年小学低年级物理。
1891年密立根进入哥伦比亚大学，以完善的光学偏振实验获得博士学位。此后他前往欧洲深造，先是在柏林大学跟随亥姆霍兹和普朗克学习，随后在哥廷根大学跟随能斯特和瓦尔德学习。1896年他回到美国，受阿尔伯特·迈克耳孙的邀请到芝加哥大学担任物理系助教，从此开始了他在芝加哥漫长的学术生涯。
1921年密立根离开芝加哥，前往南加州帕萨迪纳负责将瑟罗普理工学院（Throop College）改造为加州理工学院。他担任加州理工学院执行委员会主席（实际上的校长）直到1945年退休。在他的领导下，加州理工学院从一所地方性技术学校成长为世界顶尖的研究型大学。他亲自招募了包括冯·卡门、摩尔根、爱因斯坦在内的多位杰出学者。
密立根1953年12月19日在圣马力诺的家中去世，享年85岁。
学术生涯
密立根最广为人知的成就是油滴实验。在他之前，物理学家已经知道电荷是量子化的——即所有电荷都是某个基本单位的整数倍——并且通过法拉第电解定律和汤森、J.J.汤姆孙的云雾室实验估算出基本电荷大约在10⁻¹⁹库仑量级。但这只是一个粗略值，其精确数值和电荷量子化作为普适定律的地位仍有待最严格的实验检验。
1910年起，密立根设计了对单颗带电液滴进行直接荷电测量并长时间追踪的方案。他和他的学生哈维·弗莱彻首先使用水珠，但因水分蒸发过快而失败。改用钟表油后，解决了蒸发问题。在一个精心设计的平行板电容器中，密立根通过喷射器散布油雾产生微小的油滴。用X射线照射改变油滴的电荷量，观察它在外加电场和重力共同作用下的悬浮与运动情况。他反复测量了成百上千颗油滴的带电状态，最终判定所有测量结果都精确地是一个最小电荷e=1.5924×10⁻¹⁹库仑的整数倍。这一结果的精度（与现代值相比误差约0.5%）在当时的条件下令人难以置信。
密立根在光电效应方面的实验工作也同等重要。当爱因斯坦在1905年提出光量子假说时，实验物理学家们急于验证其预测——尤其是爱因斯坦预言的光电效应中"遏止电压与入射光频率呈现线性关系"这一关键结论，以及该直线的斜率正好等于普朗克常数h。密立根花了十年时间（1905-1915年）仔细设计实验，消除了锂、钠、钾等金属表面的氧化膜和接触电势对测量结果的影响。1916年他公布了实验结果：完全证实了爱因斯坦的线性关系，且从实验数据中导出的h值与普朗克从黑体辐射中获得的数值精确一致。密立根本来希望用实验推翻光量子假说，结果却提供了它最坚实的实验支持。
获奖成就
密立根因"关于基本电荷和光电效应的研究"获得1923年诺贝尔物理学奖。这是对两项独立工作——油滴实验和光电效应实验——的联合表彰。颁奖词中说："密立根教授通过近乎完美的实验艺术，揭示了微观世界中最基本的两个常数——基本电荷和普朗克常数，并赋予它们以无可置疑的精确值。"
密立根在斯德哥尔摩的获奖演讲中，详细回顾了油滴实验的每个设计细节，并强调了基本电荷的量子化性质是"微观物理世界的一条普适法则"。他还特别提到了弗莱彻对油滴实验的贡献——这在当时被视为一位导师表现出的少见风度。
历史贡献
密立根的油滴实验提供了电荷量子化的直接证据。在人类理解微观世界的历程中，这是一项具有里程碑意义的工作。因为它证明电荷不是连续的量，而是像"一包现金"一样，只能以某个固定面额的整数倍出现。在此基础上，后来的物理学家才能将基本电荷作为构建原子模型、量子电动力学和粒子物理标准模型的基石之一。
光电效应实验则完成了对光量子假说的实验验证。在密立根之前，爱因斯坦的理论被视为"狂想"——连普朗克自己都持保留态度。密立根那不可挑剔的实验数据彻底说服了科学界，最终为光的波粒二象性奠定了实验基础。1930年代康普顿效应出现后，光的粒子性再也没有悬疑。
作为加州理工学院的奠基人，密立根对美国科学体制化的贡献同样深远。他建立的研究生制度、跨学科研究理念和引入航空工程研究的行动，深深影响了二战后美国研究型大学的发展模式。
轶事典故
密立根在自传中描述了他设计油滴实验时的一段趣事。最初的实验台上到处是油脂和破损玻璃，但在成功让第一颗油滴悬浮在视野中那一刻——"它静止得像嵌在琥珀中一样"——密立根知道自己找到了通向诺贝尔奖的路。他后来将此称之为"上帝对耐心的奖赏"。
有人问密立根他成功的秘诀，他回答："尽可能不让我的学生碰我的实验设备。"——这句话反映出密立根作为实验物理学家事必躬亲的风格。
密立根在宗教观上是坚定的有神论者，他在许多公开场合表示"科学揭示了上帝的秩序"。著有《科学中的上帝》一书。他的宗教立场使他与许多同时代的科学家中立或不可知论态度不同。
然而密立根也有引起争议的一面：据历史学家考证，他在油滴实验中可能选择性剔除了某些偏离预期的数据点——这就是科学史上著名的"数据处理争议"。虽然密立根删去的数据数量很少，且不足以改变他的结论，但这个案例长期被用作科学哲学中"理论渗透观察"的经典讨论素材。
参考文献
1. Millikan, R. A. (1913). On the Elementary Electrical Charge and the Avogadro Constant. Physical Review, 2: 109–143. 2. Millikan, R. A. (1916). A Direct Photoelectric Determination of Planck's h. Physical Review, 7: 355–388. 3. Millikan, R. A. (1950). The Autobiography of Robert A. Millikan. Prentice-Hall. 4. Nobel Foundation: Robert A. Millikan – Biographical. nobelprize.org. 5. 吴国盛,《科学的历程》, 北京大学出版社.