羅伯特·安德魯·密立根（Robert Andrews Millikan，1868年3月22日—1953年12月19日），美國實(shí)驗物理學(xué)家、1923年諾貝爾物理學(xué)獎得主。

1896年-1921年間，密立根擔任美國芝加哥大學(xué)物理學(xué)教授，并進(jìn)行了一系列測定電子電荷以及光電效應的工作，包括著(zhù)名的油滴實(shí)驗，因而獲得1923年諾貝爾物理學(xué)獎。?1921年起，密立根在美國加州理工學(xué)院任教，直至1945年退休。

人物經(jīng)歷

1868年3月22日羅伯特·安德魯·密立根生于伊利諾斯州的莫里森，是其父母的第二個(gè)兒子。

1886年密立根進(jìn)入俄亥俄州的奧柏森大學(xué)（Oberlin College）后，從二年級起被聘在初等物理班擔任教員，他很喜愛(ài)這個(gè)工作，這使他更深入地鉆研物理學(xué)。

1891年大學(xué)畢業(yè)后，仍繼續在初級物理班講課兩年，由此寫(xiě)成了廣泛流傳的教材。在大學(xué)期間，密立根最喜歡的學(xué)科就是希臘語(yǔ)和數學(xué)。

1893年取得碩士學(xué)位，同年得到哥倫比亞大學(xué)物理系攻讀博士學(xué)位的獎金。

1895年密立根博士畢業(yè)，成為哥大物理系建系來(lái)畢業(yè)的第一位物理學(xué)博士。隨后他留學(xué)德國的柏林和哥廷根大學(xué)。

1896年回國任教于芝加哥大學(xué)。由于教學(xué)成績(jì)優(yōu)異，第二年就升任副教授。

1910年，由于他出色的教學(xué)和科研工作，正式提升為正教授。

1921年，密立根離開(kāi)芝加哥大學(xué)，轉職到了加州理工學(xué)院擔任物理系Normal Bridge Laboratory的主任。在那里，他主要研究由另外一名物理學(xué)家維克多-海斯（Victor Hess）發(fā)現的從外太空來(lái)的射線(xiàn)，密立根證明，這些射線(xiàn)確實(shí)來(lái)自于外太空，并且命名為“宇宙射線(xiàn)”（Cosmic Rays）。

1921年到1945年密立根退休之前，擔任加州理工執行理事會(huì )的主席，并在此期間，讓加州理工成為全美最優(yōu)秀的研究型大學(xué)之一。

1953年12月19日，由于心臟病發(fā)作，密立根死于他在加州的家中，時(shí)年85歲。

研究成果

測定元電荷

密立根以其實(shí)驗的精確著(zhù)名。從1907年一開(kāi)始，他致力于改進(jìn)威耳遜云霧室中對α粒子電荷的測量甚有成效，得到盧瑟福的肯定。盧瑟福建議他努力防止水滴蒸發(fā)。

1909年，當他準備好條件使帶電云霧在重力與電場(chǎng)力平衡下把電壓加到10000伏時(shí)，他發(fā)現的是云層消散后“有幾顆水滴留在機場(chǎng)中”，從而創(chuàng )造出測量電子電荷的平衡水珠法、平衡油滑法，但有人攻擊他得到的只是平均值而不是元電荷。

1910年，他第三次作了改進(jìn)，使油滴可以在電場(chǎng)力與重力平衡時(shí)上上下下地運動(dòng)，而且在受到照射時(shí)還可看到因電量改變而致的油滴突然變化，從而求出電荷量改變的差值；

1913年，他得到電子電荷的數值：e=（4．774±0．009）×10-10esu，這樣，就從實(shí)驗上確證了元電荷的存在。他測的精確值最終結束了關(guān)于對電子離散性的爭論，并使許多物理常數的計算獲得較高的精度。

普朗克常量

他還致力于光電效應的研究經(jīng)過(guò)細心認真的觀(guān)測，

1916年，他的實(shí)驗結果完全肯定了愛(ài)因斯坦光電效應方程，并且測出了當時(shí)最精確的普朗克常量h的值。由于上述工作，密立根贏(yíng)得1923年度諾貝爾物理學(xué)獎。

元素火花光譜學(xué)

他還對電子在強電場(chǎng)作用下逸出金屬表面進(jìn)行了實(shí)驗研究。他還從事元素火花光譜學(xué)的研究工作，測量了紫外線(xiàn)與X射線(xiàn)之間的光譜區，發(fā)現了近1000條譜線(xiàn)，波長(cháng)直到13．66nm）使紫外光譜遠超出了當時(shí)已知的范圍。他對x射線(xiàn)譜的分析工作，導致了烏倫貝克（G．E．Uhlenbeek1900～1974）等人在1925年提出電子自旋理論。

宇宙射線(xiàn)

他在宇宙線(xiàn)方面也做過(guò)大量的研究。他提出了“宇宙線(xiàn)”這個(gè)名稱(chēng)。研究了宇宙粒子的軌道及其曲率，發(fā)現了宇宙線(xiàn)中的“α粒子、高速電子、質(zhì)子、中子、正電子和V量子。改變了過(guò)去“宇宙線(xiàn)是光子”的觀(guān)念。尤其是他用強磁場(chǎng)中的云室對宇宙線(xiàn)進(jìn)行實(shí)驗研究，導致他的學(xué)生安德森在1932年發(fā)現正電子。

油滴實(shí)驗

實(shí)驗步驟

密立根油滴實(shí)驗，美國物理學(xué)家密立根所做的測定電子電荷的實(shí)驗。

1907-1913年密立根用在電場(chǎng)和重力場(chǎng)中運動(dòng)的帶電油滴進(jìn)行實(shí)驗，發(fā)現所有油滴所帶的電量均是某一最小電荷的整數倍，該最小電荷值就是電子電荷。用噴霧器將油滴噴入電容器兩塊水平的平行電極板之間時(shí)，油滴經(jīng)噴射后，一般都是帶電的。在不加電場(chǎng)的情況下，小油滴受重力作用而降落，當重力與空氣的浮力和粘滯阻力平衡時(shí)，它便作勻速下降，它們之間的關(guān)系是：mg=F1+B（1），式中：mg──油滴受的重力，F1──空氣的粘滯阻力，B──空氣的浮力。

令δ、ρ分別表示油滴和空氣的密度；a為油滴的半徑；η為空氣的粘滯系數；vg為油滴勻速下降速度。因此油滴受的重力為 mg=4/3πa^3δg(注：a^3為a的3次方，一下均是)，空氣的浮力 mg=4/3πa^3ρg，空氣的粘滯阻力f1=6πηaVg （流體力學(xué)的斯托克斯定律?，Vg表示v下角標g）。于是（1）式變?yōu)椋?/3πa^3δg=6πηaVg+4/3πa^3ρg，可得出油滴的半徑a=3(ηVg/2g(δ-ρ))^1/2（2），當平行電極板間加上電場(chǎng)時(shí)，設油滴所帶電量為q，它所受到的靜電力為qE，E為平行極板間的電場(chǎng)強度，E=U/d，U為兩極板間的電勢差，d為兩板間的距離。適當選擇電勢差U的大小和方向，使油滴受到電場(chǎng)的作用向上運動(dòng)，以vE表示上升的速度。當油滴勻速上升時(shí)，可得到如下關(guān)系式：F2+mg=qE+B（3），式中F2為油滴上升速度為Ve時(shí)空氣的粘滯阻力：F2=6πηaVe，由（1）、（3）式得到油滴所帶電量q為q=(F1+F2)/E=6πηad/(Vg+Ve)（4）。（4）式表明，按（2）式求出油滴的半徑a后，由測定的油滴不加電場(chǎng)時(shí)下降速度vg和加上電場(chǎng)時(shí)油滴勻速上升的速度vE，就可以求出所帶的電量q。注意上述公式的推導過(guò)程中都是對同一個(gè)油滴而言的，因而對同一個(gè)油滴，要在實(shí)驗中測出一組vg、vE的相應數據。用上述方法對許多不同的油滴進(jìn)行測量。結果表明，油滴所帶的電量總是某一個(gè)最小固定值的整數倍，這個(gè)最小電荷就是電子所帶的電量e。將儀器接入220伏交流電源。高壓電源調節置于0位置，旋開(kāi)油滴室蓋子，把水準器放置在上極板面上，利用調平螺釘將油滴室內的平行板電容器板面調節水平。調節顯微鏡目鏡，使分劃板刻線(xiàn)明顯清晰。再把大頭針插入上板小孔中，調節光源角度，直到從顯微鏡中觀(guān)察大頭針周?chē)鈭?chǎng)最明亮、范圍最大和光強均勻為止，然后撥出大頭針擰上蓋子準備噴油。由于本步驟要調節電容器極板，謹防極板帶電，應由教師調節。用噴霧器將油滴噴入油滴室內，從顯微鏡中觀(guān)察油滴運動(dòng)情況。實(shí)驗時(shí)先找一個(gè)合適的油滴（較小的油滴，運動(dòng)較緩慢，所帶電量小于5個(gè)基本電量），使它自由落下，然后再加上電場(chǎng)使它向上運動(dòng)（上升太快或太慢就適當調節電壓）。

這樣在重力和電場(chǎng)力交替作用下，讓油滴反復上升、下落若干次，在整個(gè)視場(chǎng)內都可以看得很清楚，否則需要重新選擇。用停表作記錄：記錄油滴n次下落一定的距離L（顯微鏡分劃板刻線(xiàn)的距離），所經(jīng)歷的總時(shí)間tg總，記錄油滴n次上升同一距離L，所經(jīng)歷的總時(shí)間tE總（兩次記錄必須是對同一油滴），用油滴所通過(guò)的總距離nL分別除以總時(shí)間tg總及tE總就得出vg和vE利用公式（4）算出油滴所帶的電量q。按照上述方法選取6－10個(gè)不同的油滴進(jìn)行測量，計算它們各自所帶的電量。數據處理：本實(shí)驗只要求學(xué)生進(jìn)行簡(jiǎn)單的數字處理和分析。按書(shū)后的表格記錄數據和計算，該表是用國產(chǎn)油滴儀進(jìn)行實(shí)驗所得到的一組數據。

實(shí)驗背景

1897年湯姆生發(fā)現了電子的存在后，人們進(jìn)行了多次嘗試，以精確確定它的性質(zhì)。湯姆生又測量了這種基本粒子的比荷（荷質(zhì)比），證實(shí)了這個(gè)比值是唯一的。許多科學(xué)家為測量電子的電荷量進(jìn)行了大量的實(shí)驗探索工作。電子電荷的精確數值最早是美國科學(xué)家密立根于1917年用實(shí)驗測得的。密立根在前人工作的基礎上，進(jìn)行基本電荷量e的測量，他作了上百次測量，一個(gè)油滴要盯住幾個(gè)小時(shí)，可見(jiàn)其艱苦的程度。密立根通過(guò)油滴實(shí)驗，精確地測定基本電荷量e的過(guò)程，

實(shí)驗意義

是一個(gè)不斷發(fā)現問(wèn)題并解決問(wèn)題的過(guò)程。為了實(shí)現精確測量，他創(chuàng )造了實(shí)驗所必須的環(huán)境條件，例如油滴室的氣壓和溫度的測量和控制。開(kāi)始他是用水滴作為電量的載體的，由于水滴的蒸發(fā)，不能得到滿(mǎn)意的結果，后來(lái)改用了揮發(fā)性小的油滴。

最初，由實(shí)驗數據通過(guò)公式計算出的e值隨油滴的減小而增大，面對這一情況，密立根經(jīng)過(guò)分析后認為導致這個(gè)謬誤的原因在于，實(shí)驗中選用的油滴很小，對它來(lái)說(shuō)，空氣已不能看作連續媒質(zhì)，斯托克斯定律已不適用，因此他通過(guò)分析和實(shí)驗對斯托克斯定律作了修正，得到了合理的結果。

密立根的實(shí)驗裝置隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步而得到了不斷的改進(jìn)，但其實(shí)驗原理至今仍在當代物理科學(xué)研究的前沿發(fā)揮著(zhù)作用，例如，科學(xué)家用類(lèi)似的方法確定出基本粒子──夸克的電量。油滴實(shí)驗中將微觀(guān)量測量轉化為宏觀(guān)量測量的巧妙設想和精確構思，以及用比較簡(jiǎn)單的儀器，測得比較精確而穩定的結果等都是富有啟發(fā)性的。

人物評價(jià)

他的求實(shí)、嚴謹細致，富有創(chuàng )造性的實(shí)驗作風(fēng)也成為物理界的楷模。