Stockholm, Schweden, im Dezember 1923. Robert Andrews Millikan nimmt den Scheck für den Nobelpreis in Physik entgegen. Die Summe von rund 30.000 Dollar ist für die damalige Zeit ein beträchtliches Vermögen, doch Millikan steht ohnehin auf dem vorläufigen Höhepunkt seiner Karriere. Er gilt längst nicht mehr nur als Forscher, sondern als der strategische Architekt, der das California Institute of Technology (Caltech) formte und zum Gesicht der US-amerikanischen Wissenschaft aufstieg. Hinter dem öffentlichen Glanz der Zeremonie verbirgt sich jedoch die Geschichte einer obsessiven Präzision, die von erbitterten Duellen im Labor und dem festen Glauben getragen wird, dass die Natur im Innersten nach strengen, abzählbaren Regeln funktioniert.
Das Experiment im dunklen Hinterzimmer
Die physikalische Fachwelt der Jahrhundertwende ist gespalten: Besteht Elektrizität aus kleinsten, unteilbaren Einheiten oder ist sie ein kontinuierlicher Strom? Zwar hat J. J. Thomson bereits das Verhältnis von Ladung zu Masse bestimmt, doch die tatsächliche Ladung eines einzelnen Elektrons bleibt eine theoretische Größe ohne empirisches Fundament. Millikan entschließt sich 1909 an der University of Chicago zu einem kühnen Versuchsaufbau, den er gemeinsam mit seinem Doktoranden Harvey Fletcher realisiert.
Die Forscher konstruieren eine Apparatur, die heute als Öltropfenexperiment zum Standardkanon der Physik gehört. Mit einem gewöhnlichen Parfümzerstäuber bläst Millikan feine Öltröpfchen in eine Kammer zwischen zwei Metallplatten, während er die Partikel durch Bestrahlung mit Röntgenstrahlen elektrisch auflädt. Durch ein Mikroskop beobachtet er, wie ein einzelner Tropfen im Schwerefeld der Erde nach unten sinkt, bis er eine elektrische Spannung anlegt. Der Tropfen verharrt plötzlich im Schwebezustand oder steigt empor, sobald die elektrische Kraft die Schwerkraft überwindet. Stundenlang sitzt Millikan in der Isolation des dunklen Labors, notiert akribisch Sink- und Steiggeschwindigkeiten und ermittelt daraus die Ladung. Jede gemessene Ladung erweist sich als ganzzahliges Vielfaches eines Grundwertes. Die Elektrizität besteht aus diskreten Einheiten; sie gleicht eher einem Hagel aus Teilchen als einer fließenden Brühe.
Ein transatlantisches Duell um die Daten
Der wissenschaftliche Durchbruch bleibt nicht unangefochten. In Wien behauptet der Physiker Felix Ehrenhaft zeitgleich, er habe „Sub-Elektronen“ mit weitaus geringeren Ladungen nachgewiesen, was eine heftige Kontroverse zwischen den Forschungszentren auslöst. Millikan reagiert auf den Widerspruch mit einer radikalen Verfeinerung seines Aufbaus und einer strengen Selektion seiner Datenreihen.
In seiner entscheidenden Publikation von 1913 behauptet er explizit, sämtliche beobachteten Tropfen eines Zeitraums von 60 Tagen lückenlos aufgeführt zu haben. Spätere Analysen seiner Labortagebücher offenbaren jedoch ein problematisches Bild: Von den etwa 175 tatsächlich gemessenen Tropfen fanden lediglich 58 Eingang in die Veröffentlichung. Messreihen, die nicht seinem Erwartungshorizont entsprachen, sortierte er mit handschriftlichen Vermerken wie „sehr niedrig, etwas stimmt nicht“ aus.
Warum aber führte Millikans Selektion zur Wahrheit, während Ehrenhaft scheiterte? Die heutige Wissenschaftsgeschichte löst dieses Rätsel über die Beobachtungsgrenzen: Ehrenhaft nutzte oft zu kleine Partikel, bei denen die Brownsche Molekularbewegung – das unregelmäßige Zappeln der Luftmoleküle – die Messungen verfälschte und scheinbare Teilfrequenzen der Ladung erzeugte. Millikan erkannte durch seine Erfahrung, welche Tropfen durch dieses Zittern unbrauchbar waren. Während Kritiker dieses Vorgehen als manipulative „kosmetische Chirurgie“ am Datensatz rügen, verteidigen ihn seine Unterstützer als Visionär, dessen physikalischer Instinkt die statistische Unsauberkeit übertrumpfte.
Der Widerstand gegen die Moderne
Millikans Verhältnis zur aufstrebenden Quantenphysik bleibt von Paradoxien geprägt. Als Albert Einstein 1905 postuliert, Licht bestehe aus Teilchen, ist Millikan von der Irrigkeit dieser Annahme überzeugt. Für ihn bleibt Licht ein reines Wellenphänomen. Über zehn Jahre investiert er in den Versuch, Einsteins Theorie des photoelektrischen Effekts experimentell zu widerlegen.
Er errichtet eine aufwendige „Maschinenwerkstatt im Vakuum“, um Metalle unter extremen Bedingungen zu untersuchen, nur um eine herbe Enttäuschung zu erleben: Seine Messungen bestätigen Einsteins Vorhersagen mit einer damals unerreichbaren Genauigkeit. Obwohl Millikan die mathematische Richtigkeit der Gleichungen akzeptiert, weigert er sich noch Jahre später, die physikalische Realität von Lichtquanten anzuerkennen. Er verkörpert den Typus des Forschers aus dem 19. Jahrhundert, der die technologischen Werkzeuge der Moderne perfekt beherrscht, sich jedoch gegen deren theoretische Konsequenzen zur Wehr setzt.
Zwischen Weltruhm und Eugenik
Ab 1921 wandelt Millikan das Caltech von einer regionalen Ingenieursschule in eine Institution von Weltrang um. Er prägt den Begriff der „Kosmischen Strahlung“ und liefert sich öffentliche Debatten mit Arthur Compton über deren Ursprung. Millikan interpretiert diese Strahlen als „Geburtsrufe“ neuer Atome im All – für ihn ein Beweis für einen Schöpfer, der das Universum ständig erneuert und dessen Auskühlen verhindert.
Doch das Erbe dieses Wissenschaftsorganisators weist dunkle Brüche auf. In den 1930er Jahren engagiert er sich in der Human Betterment Foundation, einer Organisation, die Zwangssterilisationen und eugenische Maßnahmen propagiert. Er preist Pasadena als Bastion einer „nordischen Zivilisation“ und interveniert gegen die Berufung von Physikerinnen an Universitäten. Diese Überzeugungen führten im 21. Jahrhundert zu einer Neubewertung seines Wirkens; am Caltech wurde die Millikan Library im Jahr 2021 in Caltech Hall umbenannt. Robert Millikan bleibt eine Figur der Widersprüche: Ein experimentelles Genie, das die Bausteine der Materie präzise vermaß, während er gegenüber den gesellschaftlichen und theoretischen Revolutionen seiner Ära oft blind blieb.
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Feyman, Richard (2011): The Feynman Lectures on Physics, boxed set: The New Millennium Edition.*
Bildnachweis
Titel: Millikan in Berlin, 1931. Bundesarchiv, Bild 102-12631 / CC BY-SA 3.0.
Robert und Greta Millikan. Wikimedia Commons, Los Angeles Times. CC BY-SA 4.0.
Alle weiteren Bilder gemeinfrei.
