Правда и ложь в истории великих открытий

Результаты, полученные Милликеном, не ограничивались только этим наблюдением. Меняя электрическое поле, он получил возможность выбирать нужные ему капли и удерживать их неподвижно, подавая соответствующее напряжение. Снятие напряжения приводило к тому, что капли беспрепятственно падали и можно было определить их массу, пользуясь дифференциальными уравнениями сопротивления воздуха для сфер различного размера. Эти формулы и две полученные им величины позволяли рассчитать электрический заряд каждой капли. Многократно проделав этот эксперимент, Милликен получил огромное удовлетворение оттого, что отношение между зарядами было именно таким, как предсказывала атомная теория. «Величины зарядов всегда находились в пределах погрешности измерений моего секундомера, — писал он впоследствии, — т. е. 1, 2, 3, 4 или какое-то иное число, кратное минимальному заряду капли, который мне удавалось измерить». Это наименьшее число оказалось зарядом одного электрона. Что еще более примечательно, во время этих экспериментов, когда капля удерживалась в камере, часто было видно, как она дрейфует в электрическом поле. Милликен быстро понял, что здесь он наблюдает атмосферные ионы, которые «садились» на каплю, меняя ее электрический заряд. «Мы могли наблюдать тот самый момент, когда ион впрыгивал в каплю или выпрыгивал из нее!» Его восхищению не было предела.

ЗАРЯЖЕН, ЗНАЧИТ, ВИНОВЕН

В феврале 1910 года Милликен опубликовал описание своего нового метода в престижном «Философском журнале» [4] . Приняв значение eравным -4,65 x 10 ^{– 10}ед. СГСЭ, он представил данные, на которых основывалась эта цифра. Стилистически эта статья выглядела очень необычно. Проведя серию экспериментов, физики обычно решают, результаты каких экспериментов учитывать, а каких — нет, ведь некоторые опыты оказываются неудачными. Есть случаи, когда полученные данные столь неожиданны, что логично объяснить их вкравшейся ошибкой. Правда, стремление понять, почему появился вдруг такой странный результат, иногда приводит к Нобелевской премии. Но чаще всего он возникает из-за того, что один из исследователей просто не сумел соблюсти выбранную методику. Вот как об этом пишет американский генетик Феодосий Добжанский [5] :

4

Philosophical Magazine — старейший в мире коммерческий научный журнал, издаваемый с 1798 года.

5

Феодосий Григорьевич Добжанский (1900–1975) — американский генетик и биолог-эволюционист украинского происхождения.

Лишь некоторым экспериментаторам везет настолько, что во всех их экспериментах не бывает ошибок или неудач, поэтому нет ничего удивительного в том, что такие ошибки случаются… Вероятность получения ложных результатов очень высока, и потому между учеными существует негласная договоренность не учитывать необъяснимые результаты.

Слова Добжанского указывают на то, что исключение отдельных результатов — не обязательно порочная научная практика. Вероятность того, что вместе с водой выплеснут и ребенка, очень мала. Тем не менее ученые редко признаются в том, что подвергают результаты исследований определенной селекции. Большинство из них инстинктивно делают вид, будто они честно идут туда, куда ведут результаты их опытов. По крайней мере, в своей первой статье Милликен выглядел явным исключением из общего числа и производил впечатление очень простодушного человека: он описывал все свои опыты, отмечая каждый эксперимент одной, двумя или тремя звездочками в зависимости от того, насколько удачно, по его мнению, тот прошел. Его расчеты среднего значения евключали дифференциальное статистическое взвешивание в зависимости от того, сколько звезд получил эксперимент.

Получается, что из самых лучших побуждений Милликен публично признавался в некоторой фальсификации полученных им результатов. Его нельзя обвинить в нечестности, поскольку он ничего не скрывал. Просто эксперименты с конденсационной камерой настолько технически сложны, что такие откровения вполне оправданны. Но в науке ни тогда, ни сейчас не принято допускать подобную откровенность. Один абзац особенно вызывал чувство неловкости у читателей. Объясняя, почему он включил несколько оценочных значений e,полученных во время неудачных экспериментов, он делает почти театральную ремарку: «Я бы ими, конечно, пренебрег, если бы они не согласовывались с результатами других наблюдений». Дальше он объяснял, на каких основаниях полностью исключил результаты семи экспериментов. В одном месте он писал: «Я исключил одно сомнительное и не повторившееся наблюдение явно заряженной капли, которое давало величину заряда электрона на 30 % ниже окончательно выведенного значения». В этом нельзя не увидеть привлекательного простодушия, но получается, что Милликен плохо понимал связь, которая существует между научными результатами и научными выводами.

КРИТИКА ФЕЛИКСА ЭРЕНХАФТА

Как рассказывает философ и историк науки Джеральд Холтон, Роберт Милликен весьма темпераментно относился к интерпретации своих результатов. Хотя время и показало его правоту, эксперименты, сделавшие ему имя, стали неоспоримыми только после того, как появились подтверждения в смежных областях науки. Субъективность подхода, используемого Милликеном, можно прекрасно проиллюстрировать, обратившись к работам одного из его яростных критиков, австрийского физика Феликса Эренхафта (1879–1952). Он скрупулезно опровергал результаты Милликена, показывая, как легко их трактовать в пользу теории его противников.

Эренхафт приступил к изучению природы электричества, будучи убежденным сторонником атомной теории. В 1909 году он даже утверждал, что его собственная оценка величины eнамного точнее той, что получил Милликен. Но к 1910 году Эренхафт произвел странный и впечатляющий кульбит.

Наблюдая за движением маленьких частиц металла и папиросного дыма в микроскоп, он стал утверждать, что следует признать малые величины е, полученные Милликеном. Его собственные эксперименты дали значение eв диапазоне от -7,53 x 10 ^{– 10}до -1,38 x 10 ^{– 10}ед. СГСЭ, причем такой разброс, как он полагал, отражает реальность. Подвергнув уничтожающей критике «гипотезы и корректировки» Милликена, Эренхафт в 1910 году объявил, что имеющиеся данные говорят в пользу либо теории «субэлектронов» (частиц меньше электрона), либо альтернативной теории, рассматривающей электричество как возмущения эфира. Согласно Эренхафту, дальше было бессмысленно «придерживаться фундаментальной гипотезы теории электронов». По сути, субэлектроны, которые, как считал Эренхафт, ему удалось открыть, были результатом слабости его метода, однако это выяснилось только несколько лет спустя. А тогда, в 1910 году, лишь безграничная вера Милликена в атомную теорию строения вещества не позволила ему опустить руки и продолжить эксперименты, невзирая на нападки Эренхафта.

Непредвзятость Милликена позволила ему не перейти в глухую оборону, а увидеть благодаря критике Эренхафта собственные ошибки. Статья, опубликованная в сентябре 1910 года в журнале «Science», показывает, что он, по-прежнему придерживаясь электронной теории, не забывал совершенствовать свой метод: теперь он использовал вместо воды капельки неиспаряющегося масла. «Новый метод, — восторженно писал он, — свободен от всех сомнительных теоретических предположений, и его ценность может оценить любой прохожий».

Тремя годами позже, в 1913 году, статья Милликена в журнале «Physical Review» показала, что его научное суперэго никуда не делось. В опубликованном им отчете утверждалось, что ошибка при измерении eне превышает 5 %. Кроме того, он писал: «Это не специально выбранная группа капель, а репрезентативное представление всех капель, над которыми велись эксперименты в течение 60 дней». Однако его личные лабораторные записи говорят об обратном. Когда 70 лет спустя Джеральд Холтон стал их внимательно изучать, оказалось, что вместо того, чтобы признаться в игнорировании плохих, неудачных экспериментов, Милликен впал в противоположную крайность, утверждая, что у него таковых вообще не было.

ЕЩЕ О МАНИПУЛЯЦИЯХ МИЛЛИКЕНА

Реальный процесс отбора, который претерпевали данные Милликена, становится ясным, когда читаешь его замечания относительно разных экспериментов. В декабре 1911 года он писал: «Это почти то, что нужно, и лучшее из того, что у меня получалось!»; в феврале 1912 года: «То, что нужно» и «Опубликовать этот прекрасный эксперимент»; в марте того же года: «Опубликовать это обязательно. Прекрасно!» — а потом: «Много ошибок: не использовать!» — и уже в апреле: «Идеально, опубликовать», «Работать не будет», «Слишком большие значения — на 1,5 %», «…на 1 % меньше», и «Слишком большое значение e— на 1,25 %». В серии экспериментов, поставленных сразу после Рождества 1911 года, он получил величину eза пределами ожидаемого предела погрешности. В дневнике он сухо записывает: « e= 4,98, это означает, что была не капля масла [а пылинка]». Похоже, Милликен использует слово «красивый» по отношению к эксперименту довольно формально: он получает каплю, быстро рассчитывает eи записывает, будет он публиковать этот эксперимент или нет. Дневники Милликена показывают, что, вместо того, чтобы опубликовать результаты всех экспериментов, проведенных за 60 дней, он в статье рассмотрел только треть: 117 измерений из 175 вообще не упомянуты. В 1917 году в своей книге «Электрон» он пошел еще дальше, утверждая, что капли, о которых сообщалось в его статье, «представляют все исследованные за 60 дней, и ни одна капля не забыта».

Тем не менее, строго говоря, этот случай нельзя отнести к научной фальсификации. Как правило, Милликен мог легко найти объяснение необычности результатов — влияние конвекционных токов или загрязнение пылью. Кроме того, если пересчитать величину e, использовав данные всех измерений Милликена, то получится величина, не намного отличающаяся от опубликованной. Однако три раза Милликен действительно получал результаты, резко отличавшиеся от среднего значения.

Седьмого мая 1912 года он рассчитал величину e, которая оказалась у него равной 1,915 x 10 ^{– 10}, что на 60 % выходило за пределы средних значений. Милликен не смог объяснить этот результат. Не могут это сделать и современные физики. Что случилось на самом деле, так и осталось тайной. Но Милликен не решился упомянуть об этом случае в своей статье.

Седьмого мая произошла еще одна аномалия. В тот день у него получилось и e =– 2,810 x 10 ^{– 10}. И опять отклонение от среднего было большим. Удивительное дело: перед тем как сделать расчеты величины e,Милликен был доволен ходом эксперимента и отметил его в своем дневнике словом «опубликовать». Но после необходимых расчетов он отмел эти данные на том основании, что «что-то случилось с термометром». Современные исследователи считают, что это не больше, чем стремление объяснить необъяснимое. То, что реально произошло, лежит за пределами понимания.