密立根歪打正着

爱因斯坦的光量子假说不能为人们接受是不奇怪的，但是连他本人也不清楚如何摆脱这一困境。除此以外，还有两个原因妨碍人们接受他的假说。

一是当时所有有关光电效应的实验都是很粗糙、很原始的。据光电研究的先驱休斯（A.L.Hughes）说：“关于光电效应，当时的了解还非常原始。光电的真空工作还没有做过，即便做了，也是在非常可怜的条件下做的。事实上，在测定一定电路中足以制止光电流所需的遏止电压方面，也并没有做出什么努力。”

美国物理学家密立根在他的传记封面上的照片。

休斯还发现，爱因斯坦论文中的“爱因斯坦方程”（）的曲线的斜率（即h），并非普适常数，而与辐照材料性质有关。上式中m为电子质量，v为电子飞行速度，h为普朗克常数，ν为入射光的频率，P为逸出功（work function），是电子挣脱金属表面对电子吸引所需的功，V为A板和C板之间的电位差（参见前面图（2—1））。美国物理学家罗伯特·密立根（Robert Andrews Millikan，1868—1953，1923年获得诺贝尔物理学奖）也说过类似的话。在谈到爱因斯坦方程时，他说：

那个时候实际上根本没有任何实验数据能够说明上述电位差与频率ν的关系是什么性质的，也不能说明在方程中假设的物理量 h 是不是比普朗克常数更大的一个数，……甚至爱因斯坦提出自己的假说之前，这些论点中连一个都没有验证过，而且这个假说的正确性在不久以前还被拉姆威尔无条件否定过。

另外一个原因是爱因斯坦自己对光量子假说的态度十分谨慎。很明显的是，他的光量子假说和电磁波动图像太矛盾了，他自己也颇为犹豫。正是由于他的谨慎和担心，劳厄和索末菲还误以为爱因斯坦放弃了光量子理论。1907年劳厄写信给爱因斯坦说：“你放弃了你的光量子理论，我真是十分高兴！”1912年，德国物理学家阿诺德·索末菲（Arnold Sommerfeld，1868—1951）写道：“像我相信的那样，爱因斯坦现在已敢于不保留他（1905年）的观点了。”

实际上，爱因斯坦担心的与其说是光量子，倒不如说是波粒二象性（Wave-Particle duality）这一两难问题。他曾经向他的好友哈比希特说，他的这篇文章“讲的是辐射和光的能量特征，是非常革命的”。所谓“非常革命”，正表明爱因斯坦意识到了波粒二象性是多么违背人们的传统信念。埃米里奥·塞格雷（Emilio Gino Segrè，1905—1993，1959年获得诺贝尔物理学奖）说：“这篇论文是物理学最伟大的著作之一。那个时候，科学家知道光是由电磁波组成的；若说确切无疑，莫过于此了。然而，爱因斯坦却对它产生了怀疑，进而揭示光的双重性质：波粒二象性。”

到1915年，情况变得对光量子假说有利了。因为密立根用精密实验证实了爱因斯坦的方程。开始，密立根并不是想证实这个方程是正确的，恰恰相反，是想证实它是错误的。他想抑止被他称之为“不可思议的”“大胆的”和“轻率的”爱因斯坦假说，他将自己视为光的波动理论的捍卫者。但到1915年，他在多次努力之后，竟意外地发现他已经用实验证实了，爱因斯坦方程的每个细节都是有效的，而且他还成功地测定了普朗克常数。密立根于1916年撰文宣称：

看来，对爱因斯坦方程的全面而严格的正确性做出绝对有把握的判断还为时过早，不过应该承认，现在的实验比过去的所有实验都更有说服力地证明了这一方程。如果这个方程在所有的情况下都是正确的，那就应该把它看作是最基本的和最有希望的物理方程之一，因为它是可以确定所有的短波电磁辐射转换为热能的方程。

但是，尽管如此，密立根还是否定爱因斯坦方程的物理思想基础。1916年他撰文说：“虽然爱因斯坦方程从表面上看取得了完全的成功，但是这一物理理论是如此地站不住脚，我相信即使爱因斯坦本人也不会再坚持。”到1919年，密立根还在他写的《电子》（Electron）一书中坚持否认爱因斯坦的光量子理论。在书中他写道：“实验已经走在理论前面，或者更明确地说更加完善，在错误的理论引导下，实验已经发现似乎最重要也最令人感兴趣的关系，但是原因至今还不能完全解释。”

密立根精力过人，喜欢研究时下最紧迫的问题，实验技巧有灵感而且灵巧，非一般人所能及。在此前的1910—1914年，他以高超的实验技能和巧妙的设计，精密地测出电子的电荷e = 4.774×10—10静电单位。这是一个了不起的成就。但是他与当时美国物理学家一样，理论物理水平实在不能让人称赞。他自己不赞成爱因斯坦的理论也罢了，居然自作聪明地认为“爱因斯坦本人也不会再坚持”，实在让人莫名惊诧！从1921年开始，密立根开始研究宇宙射线，并在测量宇宙射线方面做出很重要的贡献，“宇宙射线”（cosmic rays）这个词就是他发明的。但是他提出的宇宙射线理论有严重错误，而比他小20多岁的美国物理学家阿瑟·康普顿（Arthur Holly Compton，1892—1962，1927年获得诺贝尔物理学奖）提出的宇宙射线理论则经受了实验的考验。在实验事实面前密立根死不认账，甚至利用虚假的实验数据攻击康普顿，结果引起科学界和媒体一致的不满和谴责。

1923年，密立根“因为在基本电荷测定和光电效应方面的研究”，获得诺贝尔物理学奖。