作者简介：邓剑平，1982年毕业于陕西师范大学物理系物理专业，理学学士，1996年10月获评国家冶金工业部“高级工程师”。连续从事物理教学、物理实验教学和实验管理四十年，2022年7月退休前在青岛理工大学理学院物理实验中心专职实验教师。近年持续研究近代物理史料，实施相关实验创新改造获得多项发明专利和实用新型专利，牵头组织了汇集近二十年第一手近代物理实验资料的《近代物理再实验手记》的编写出版。二、R.密立根测定普朗克常数为什么换了高压汞灯作光源？实验装置之一A GLASS（a filter of aesculin in
a glass）为什么没有流传下来？问题一：密立根测定普朗克常数为什么换了高压汞灯作光源？物理实验在鉴别五花八门的物理理论设想的真伪发挥了决定性的作用，但是我们也应该看到一个经过精心包装的伪“实验”误导物理理论的发展。自1887年H.R.赫兹发现了光电效应的基本实验现象后，随着P.雷纳德等一批实验物理学家反复研究观测获得了一系列光电效应的实验特征，在当年的实验测量技术条件下获得了关键性的“光电子初始动能仅仅只与入射光的频率相关”的错误实验结论。前面第一部分，我们用重新设计更精密的实验获得的实验关系已经证明了这一点，在这种错误的“实验证据”误导下，欧美各地的实验物理学家纷纷闻风而动，以期在一场新世纪物理运动中用自己的实验数据来支持或否定这个听起来就很荒诞的理论预期。由此才有了1905年A.爱因斯坦提出了基于上述错误的“光量子”假说和爱因斯坦光电效应方程。在1905年以后的十几年里，各种光电效应的实验数据关系纷纷发布出来，这里我们直接引用R.密立根的论文对这段历史的描述：“1907年，E.Ladenburg首次测量了频率与最大发射能量之间的关系（一直通过延迟P.D.测量，这是在紫外光的影响下停止电子放电所必需的），他得出结论：在λ=2000Å 到λ=2600Å 之间，Us1/2与ν成比例。也就等于是说，是（逃逸光电子初始）最大速度，而不是（光电子的）最大发射能量与频率成比例。”“Joffe 研究了Ladenburg的实验数据，并表明它与爱因斯坦关系 Us与ν 不冲突。”“这种广泛不确定性的原因仅仅在于Ladenburg实验中V与ν之间的关系可以遵循的范围在2000Å到2600Å 之间，因为在如此小的波段进行研究，并且在制作设置时存在相对较大的实验误差，几乎任何一种理论曲线都可能被实验数据拟合。”“毫无疑问，该领域最可靠的是Richardson、Compton和Hughes所做的工作，但是也是像Ladenburg一样，在对应于λ=1849Å，λ=2257Å 和λ=2537Å 的三个频率点下进行了观测，发现很难解决（铁电弧）光的极端不可控的问题。他使用其中两点的观察结果，即1849 Å和2537 Å来固定他的实验趋势线，发现当Us与ν成比例时，第三点稍微接近这条（直）线，，而不是当它与Us1/2成比例的条件下的实验证据。” “。。。。。。，Barring在λ=1800Å 和λ=2000Å 处的非常不确定的点，即使是获得Us与ν2关系，也同样适合用Richardson和Compton以及Hughes的工作加以解释。。。。。。”我们注意到R.密立根在论文里写这些与爱因斯坦光量子假说和爱因斯坦光电效应方程相悖的实验关系，只是为了突出自己后面“实验”数据中Us 与ν高度线性相关来做一个铺垫，至于上面针对铁电弧光谱色光的各种实验关系为什么呈现出不同的形式，R.密立根也没有在相同实验条件下来进行必要的验证实验来支持自己的这种“主观判断”。密立根还引用了1914年J.J.汤姆逊发表有关光电效应实验进展的讲演中对爱因斯坦的光电效应光量子假说的负面评价，我们可以清晰地看到当时国际上并没有明确支持爱因斯坦“光量子”假说和爱因斯坦光电效应方程的直接实验证据，至少在截至1914年，在实验层面还没有形成压倒性的多数来支持爱因斯坦的“光量子”理论假设。![]()
图一：《A DIRECT
PHOTOELECTRIC DETERMINATION OF PLANCK'S “h”》1916 P358
经过对R.密立根《A DIRECT PHOTOELECTRIC DETERMINATION OF PLANCK'S “h”》[1]的反复阅读，我们就不难发现下面两个问题：问题一：R.密立根用高压汞灯的分色单色光来取代之前实验物理学家普遍使用的高压电弧放电分色单色光来进行光电效应的实验测量。这种做法完全不顾物理学的普适性要求，以至于直到今天我们物理教材中所讲述的，被密里根“设计”的光电效应实验所“证实”的爱因斯坦“光量子”假说和爱因斯坦光电效应方程，实际上是没有普适性的。在爱因斯坦的光量子假说和爱因斯坦光电效应方程都没有被实验广泛证明时候，这种选择性地大大缩小入射光的选择范围的做法，显然是有违于物理科学实验的广泛性共识的。R.密立根把自己做光电效应实验的光源换成了高压汞灯，从高压汞灯分色光谱我们可以看出其中的单色光谱线是极少的几条。而高压电弧放电分色光谱，相比高压汞灯分色光谱有极为丰富的分立光谱线。R.密立根的这种对特定光源的选择，不仅仅是为他自己的实验提供数据上的支持这么简单，而是影响到了1916年以后100多年的所有的光电效应“实验”的入射光光源选择，其危害级别也是极高的，他直接导致了现在所有的利用光电效应测普朗克常数“实验”都是在用高压汞灯作为“特定实验光源”的“实验”。
如果你是物理专业的大学毕业生，大部分在以前的“中级物理实验”（按照以前的物理实验分类）、或者在“近代物理实验”（按照现在的物理实验分类）应该是做过“利用光电效应测普朗克常数h”实验的，现在的综合性大学理工科学生也都应该做过这个用唯一只用高压汞灯做光源的“光电效应测普朗克常数h实验”。R.密立根先生把验证爱因斯坦光电效应方程的普适性问题，成功诱导到只在高压汞灯的极为有限的几条特征光来进行“普适性”验证。问题二：A GLASS（a filter of
aesculin in a glass）发挥了什么至关重要的作用？为什么相关的实验描述被隐去了踪迹？即使是这样，R.密立根依然无法获得能证明入射光频率ν与光电子初始动能 Us 高度线性相关所需的“实验”数据，所以密立根采取了下面的控制光强的“技术”手段来实现“高精度地”测量普朗克常数h。下面列举的内容，没有出现在作者阅读过的任何一本物理学史专著资料中，在2007年作者仔细阅读了R.密立根 《A DIRECT PHOTOELECTRIC DETERMINATION OF PLANCK'S “h”》（1916）才找到了蛛丝马迹，一个不经意提到的“a filter of ......in a glass”（一个玻璃（液槽）滤镜），在查看到369页，一个名词淡淡飘过视线------“aesculin”：可以搜到，七叶树素/马粟树皮苷/七叶林苷，分子式C15H16O9•1.5H2O，分子量367.31这是一种紫外光可见光 阻光剂，可用作防晒霜的主要原料。图四：
R.密立根《A DIRECT PHOTOELECTRIC DETERMINATION OF PLANCK'S “h”》（1916）P369这段文字描述了R.密立根对采用分色仪分色后的高压汞灯色光4339Å，再用一个装有aesculin 的玻璃液槽滤光器进行滤光，作者认为这里对于单色光而言，没有滤色功能，只有降低色光光强的功能。我们设计的实验和由此实验数据体现出的，光电效应实验曲线图解法求出对应的Us与分色单色光光强Iν高度线性相关，如果读者对我们的实验结论还将信将疑，那么，R.密立根1916这篇论文所描述的处理方法，也可以间接证明光电效应实验测量Us与分色单色光光强Iν高度线性相关的实验事实。我们用下面由徐荣绘制的动画素材图片组来动态说明一下密立根先生的“神”操作：对采用分色仪分色后的高压汞灯色光4339Å的光电效应实验曲线获得Us = - 0.14 V，密立根先生觉得这条曲线“has a very pronounced “foot””（有一个明显的“脚丫子”）看着不顺眼，就主观地断定这是由于4339Å色光中参杂着紫外光成分造成的这种“怪异形态”。而经过阅读原文提供的原始数据，我们得出这种“怪异形态”的“脚丫子”是密立根把两组数据放在不同的Y坐标分度下，将左与右两条“实验曲线”形态比较，而故意臆造夸大出来的。图五：R.密立根《A DIRECT PHOTOELECTRIC DETERMINATION OF PLANCK'S “h”》（1916）P369由于上面的实验曲线恶意夸张的形态，就有了增设一个魔法神器 “a filter of aesculin in a glass”的理由，粗看起来R.密立根这样做没什么问题，但是仔细想想要是用分色仪不能有效分离出可见光段中的单色光，那么这个时代的摄谱仪又如何能拍摄到紫外段的紫外光谱线？这显然与实验事实不相符合。R.密立根的实际目的只有一个，那就是：通过“a filter of aesculin in a glass”来随心所欲地调制不同的浓度来改变经分色仪后4339Å 色光的光强 Iν，从而改变Us，直到Us出现密里根“需要的”那个值，为止。从直接测量一组光电效应实验IA ~ U 曲线开始，出现显著“脚丫子”Us = -0.14 V；图六： 从直接测量一组光电效应实验IA ~ U曲线开始，出现显著“脚丫子”Us = -0.14 V，不行！加“a filter of aesculin in a glass”，加点aesculin，搅动一下，再测量一组光电效应实验IA ~ U曲线，不行，“效果”不行！图七：
再加点aesculin再搅动一下，再测量一组光电效应实验IA ~ U曲线再加点aesculin，再搅动一下，再测量一组光电效应实验IA ~ U曲线，不行，“效果”还是不行！ 图八：再加点aesculin，再搅动一下，再测量一组光电效应实验IA ~ U曲线再加点aesculin，再搅动一下，再测量一组光电效应实验IA ~ U曲线，不行，“效果”还是不行！图九：再加点aesculin，再搅动一下，再测量一组光电效应实验IA~ U曲线再加点aesculin，再搅动一下，再测量一组光电效应实验IA ~ U曲线，直到出现这个满足“特殊要求”的Us = +0.75 V。图十：再加点aesculin，再搅动一下，再测量一组光电效应实验IA~ U曲线。这回行了！通过增加Aesculin的浓度，轻松地改变4339Å色光的光强Iν，从而改变Us，直到Us出现他“需要的”那个既定目标值 Us= +0.75V。利用上述“神操作”，密里根把4339Å色光的Us大约改变了0.9 V！图十一：这个增加aesculin浓度的“神操作”把Us大约改变了0.9 V当这个通过增加aesculin的浓度，轻松地减弱4339Å色光的光强度 Iν，把Us大约改变了0.9 V的事实标绘到密立根原文中Fig.6上，我们看到这个实验点⊕与 Us ~ ν 实验关系曲线，直线型“理想线性相关关系”，相去甚远。图十二：
把Us大约改变了0.9 V的事实标绘到密立根原文中Fig.6上的对比效果上述这种“减光技术手段”对明显需要减小Us（说明：对于“负”值Us是指减小其绝对值）的分色色光行之有效，但是对高压汞灯分光后光强度较低的分色光就无能为力了。我们可以看到密里根进一步的“处理”，密立根为了进一步提高“实验”测量普朗克常数h的精度，最后无理由舍弃了λ= 5461 Å ，即计算普朗克常数实际使用的光电效应曲线由原来的六条，变成了最后的五条“实验”曲线。终于，达到了密立根的设计这个“实验”的“目的”，把“实验测量”普朗克常数h的相对偏差提高到惊人的小于0.5%。由于密里根在Us 点附近靶极光电流IA的实验测量仅为两位测量有效数字，从基本实验测量数据绝对误差和误差传递理论可以推断，该实验过程间接测量量h的相对误差合理分布在大于1% ~ 10%范围。R.密立根在《A DIRECT
PHOTOELECTRIC DETERMINATION OF PLANCK'S“h”》（1916）最后一节写到：“。。。。。。10. SUMMARY摘要. I. Einstein’s photoelectric equation has been
subjected to very searching（认真彻底的） tests and it appears in every case to predict exactly the observed results.（经过对爱因斯坦光电方程已经进行的非常认真彻底的测试，它似乎在每种情况下都能准确地预测观察到的结果。） Plank’s h has been photoelectrically
determined with a precision of about .5 per cent. and is found to have the
value h = 6.57 x 10-27. （普朗克常数 h已通过光电效应确定，精度约为0.5%。并发现其量值 h = 6.57 x 10-27. ）”R.密立根在1916年论文发表前后，反复强调自己设计的实验只是为了更精确的测定普朗克常数h，并不是为了证明爱因斯坦的“光量子”假说和爱因斯坦光电效应方程，但是和他自己在论文中的最后陈述完全不符。在这里，读者可能会觉得作者太戏路，但是，在1905年-1916年期间，历史中的R.密立根先生就是这样和我们开了个天大的玩笑，而且还明明白白地写在了自己公开发表的论文里。当然，R.密立根也隐晦了其设计的“光电效应实验”中，对每一组单色光具体使用Aesculin浓度的具体数据是多少？这些都成为独门“秘技”，使他设计的“实验”无法复制。上面我们看到，利用这种光路上插入的特殊设计的Aesculin浓度可调滤光装置，R.密立根便可以随心所欲地改变特定色光（作为光电效应测量的入射光）的光强 Iν，从而改变其对应的最小反向遏制电压Us 的“实验”值。物理学的这段历史给我们开了一个天大的玩笑，一个完全没有第三方独立验证的“实验”的始作俑者R.密立根 因此被授予了1923年诺贝尔物理学奖，这个标志性的奖励，并非仅仅是十五万瑞士克朗和一枚200克的金质奖章这些，获得诺贝尔物理学奖的首肯又进一步推动了这个错误的层层演进。以上图为例，今天，几乎每一本《近代物理》《量子物理》教材，每一本国外的教材《Quantum Mechanics》《Fundamentals Of Physics》都把R.密立根1916年发表的这篇论文里的“实验”拿来做为量子论最有力的“实验”证据。
[1] R.密立根《A
DIRECT PHOTOELECTRIC DETERMINATION OF PLANCK'S “h”》（1916）P364《用第一性原理分析光电效应研究的百年是非》由青岛理工大学邓剑平、陈畅、李宏升、王宇琛、王轶君联合完成。邓剑平老师团队的《近代物理再实验手记》一书，全书共210页14个章节，里面更加详细和全面的讲述了本文的内容，感兴趣的学者可在文章下方留言，我们取留言前五名送出。![]()
