12 juin 2008

El historio de la scienco (4)

En tri antaŭaj blogeroj (tie, tie kaj ĉi tie) mi skribis kiel iam preferoj kaj kredoj de sciencistoj povas influi iliajn laborojn kaj eĉ kaŭzi ilian eraron. Tiuj eraroj grandparte estas neintencaj sed kiam oni intence faras misaĵon pri scienca laboro, tio plu temas pri fraŭdo. Iuj el la legantoj estas jam aŭdintaj pri fraŭdoj en sciencaj esploroj; ekzemple historio de tiu korea esploristo kiu falsis rezultojn de siaj laboroj pri klonado, malkovro de netermika fuzio (en. cold fusion) kaj debatoj pri la unua malkovrinto de la kaŭzo por la aidoso. En tiu ĉi blogero, mi volas skribi pri unu el la plej debatovekaj eventoj rilate la sciencajn fraŭdojn.

El atomoj al elektronoj

En la fino de la 19-a jarcento ankoraŭ estis granda debato pri tio, ke ĉu la materio konsistas el ne plu disigeblaj partoj nome atomojn aŭ ĉu oni povas senfine disigi ĝin. Tiuj debatoj en la komenco de la 20-a jarcento tamen rapide finiĝis, kiam unue Albert Einstein uzis la atoman modelon por priklarigi la Brownian-movadojn (sub mikroskopo malpezaj malgrandaj partikloj en likvidoj faris movadojn en hazardaj direktoj). Avantaĝo de metodo de Einsten estis tio, ke uzante la atoman modelon li kapablis antaŭdiri mezureblajn eventojn (ekzemple distancon tra kiu tiuj partikloj tramoviĝas). Tiuj antaŭdiroj kapablis atesti ĝustecon de la atoma metodo kiam la franca sciencisto Jean Perrin ekzamenis ilin per eksperimentoj. Unue atomoj devis esti ne plu disigeblaj konsistigantoj de la materio sed eĉ antaŭ establiĝo de la atoma modelo oni konis la katodajn radiojn. En 1987 J. J. Thomson elmontris, ke la katodaj radioj havas negativan elektran ŝargon. Li proponis, ke la katodaj radioj konsistas el korpuskloj kun negativa elektra ŝargo. Post tio, mezurante devion de tiuj radioj sub influo de ambaŭ magneta kaj elektra kampoj li determinis proporcion de ilia maso al ilia elektra ŝargo (m/e). Li trovis, ke tiu proporcio estas 1000-oble pli malgranda ol la sama proporcio por hidrogenaj jonoj trovitaj per eksperimentoj de elektrolizo. Tiu diferenco povis esti aŭ ĉar la elektronoj (negativaj ŝargoj en la katodaj radioj) havis multe pli malgrandan mason (kompare al la hidrogenaj jonoj) aŭ ilia ŝargo estis ege pli grandaj. Thomson studante distancon kiun katodaj radioj povis tra gasoj vojaĝi konkludis, ke ilia maso devas esti ege pli malgranda. Sed por trovi, ke kiom ilia maso estas malpli granda li bezonis determini ilian ŝargon (li jam sciis e/m). Thomson uzis vaporon de akvo. Kreis nubon de la vaporo kaj ŝargis ĝin. Tiam studis subfalon de la nubo pro influo de ĝia pezo sed en elektra kampo kiu kontraŭis la gravitan efikon. Problemo de lia metodo estis tio, ke la nubo ricevis grandan kvanton da elektronoj kaj li nur kapablis mezuri mezuman kvanton de ilia ŝargo.

Pli preciza eksperimento

Robert Andrew Millikan estis profesoro en la universitato de Ĉikago. Li entreprenis eksperimentojn similajn al tiuj de Thomson. Li pensis, ke uzante pli fortan elektran kampon povas haltigi subfalon de gutetoj en la akvovapora nubo. Sed tio ne okazis. Plejparto de gutetoj malaperis kaj nur kelketaj gutetoj kiuj havis iun certan kvanton da elektra ŝargo restis pendante en la elektra kampo. Millikan trovis, ke mezuri elektran ŝargon sur tiuj individuaj gutetoj pli precize eblis. Sed ankoraŭ ekzistis problemo. La akvaj gutetoj ege rapide malaperis kaj oni ne povis sufiĉe longe observi iliajn movojn. Fine li kaj liaj studentoj trovis, ke uzi gutetojn da oleo estis oportuna. Millikan koncentris tuton de sia atento sur eksperimentoj kun gutetoj da oleo. Post iom da tempo li en artikoloj publikigis rezultojn de tiuj eksperimentoj kaj determinis ŝargon de la elektrono. Pro tiu laboro li ricevis la premion Nobel en la fiziko.

Ne ĉiuj donitaĵoj

En 1910 Millikan publikigis sian unuan artikolon. En tiu artikolo li rigore kaj detale prezentis ĉiujn donitaĵojn (trovitajn ĝis la publikiĝo de la artikolo) pri siaj eksperimentoj. Tri jarojn post tio, en 1913, Millikan publikigis sian duan artikolon. Sed ĉe la publikiĝo de la dua artikolo la situacio ne estis kiel la antaŭa. En sia unua artikolo Millikan estis kontestinta eltrovaĵojn de alia esploristo nome Felix Ehrenhaft. Rezulte de tio, Ehrenhaft kaj liaj studentoj penis montri malĝustecon de eltrovoj de Millikan. En 1913, kiam Millikan publikigis sian duan artikolon, li prezentis rezultojn de studo sur 58 gutetoj. Tamen studo sur lia kajero de laboratorio montris, ke ekde oktobro 1911 ĝis aprilo 1912 li estas observinta ĉirkaŭ 140 gutetojn. Tio povas indiki, ke Millikan jam havis iun ideon pri kvanto de la elektrona ŝargo kaj elektis rezultojn kiuj pli bone kongruis tiun kvanton. En 1978 Gerald Holton skribis artikolon kaj prezentis tiun hipotezon. Ĉu faro de Millikan estis scienca fraŭdo. Hodiaŭ ni scias, ke Millikan pravis kaj kvanto kiun li por ŝargo de la elektrono trovis estas pli malpli ĝusta. Se iu sciencisto trovas ĝustan rezulton, ĉu gravas se li/ŝi estas prilaborinta donitaĵojn aŭ elektinta parton de ili? Kiam tio estas permesata kaj kiam fraŭdo?

Por defendi Millikan

En tiu kajero de laboratorio, Millikan aldone al la mezuritaj kvantoj por ĉiu studita guteto estas skribinta komentojn. Tiuj komentoj montras, ke li konsciis, ke pro preblemo kun eksperimento iuj donitaĵoj ne estas uzebla por kalkulo de ŝargo por elektrono. Ekzemple kiam aparato ne bone funkciis aŭ temperaturo ne estas bona. Tiel ŝajnas, ke eĉ kiam li ne estas ekzakte menciinta la kialon de misfunkcio, li estas sentinta, ke io ne estas ĝusta. En 1981 Allan Franklin uzis ĉiujn donitaĵojn el eksperimentoj de Millikan kaj kalkulis la kvanton e. Li trovis, ke eĉ konsiderante neraportitajn donitaĵojn la kvanto de ŝargo ne ege ŝanĝiĝas. Ke fakte se Millikan havis antaŭjuĝon pri la kvanto e, li estas ignorinta donitaĵojn kiuj estis ambaŭ malfavoraj kaj favoraj por atingi tiun rezulton. En 2000, David Goodstein en alia artikolo defendis Millikan. Li priklarigas, ke Millikan estas elektinta nur tiujn donitaĵojn kiuj estis sufiĉe kompletaj por esti pristuditaj. Laŭ Goodstein Millikan disponis tro da donitaĵoj (pli ol la neceso) kaj elekti parton da ili ne povis damaĝi lian analizon.

Moralo de la scienca esploro

Finfine Richard Jennings en sia artikolo en 2004 studas tion ĉio. Li mencias kvar aliajn neprecizaĵojn en la raporto de Millikan. Li konkludas, ke laŭ nuntempaj moraloj de la scienca esploro, konduto de Millikan povas konsideriĝi malĝusta (kvankam ankoraŭ li ne konsideras tion kiel fraŭdo). Eĉ hodiaŭ sciencistoj ofte prilaboras eksperimentajn donitaĵojn kaj preskaŭ ĉiam elektas parton da ili. Plejofte tio ne konsideriĝas kiel fraŭdo, ĉar ekzistas subtila nuanco inter scienca prijuĝo kaj scienca trompo.

© foto Arkivo de la universitato Caltech.

Aucun commentaire: