科技中的“南轅北轍”現象

測量“以太”速度之后——“邁莫實驗”得到“零結果”

從17世紀中葉開始，人們從抽空玻璃罩內仍能看到里面的物體的事實，認為宇宙間存在一種未知的、傳播光的物質一“以太”。

然而，兩個世紀過去了，人們依然沒能看到以太的影蹤，關于它的性質也沒有定論。例如，無線電檢波器的發明者、晚年迷信傳靈術的英國物理學家洛奇就說，他已經算出以太的密度為1012g／cm3。而有人又說以太沒有質量，是“無重物質”。

不過，當時許多科學家都篤信以太的存在。例如，洛奇在1882年寫的《關于電的現代看法》一書中就說，以太究竟是什么，“我相信，不久就會得到解答。”

“解答”以太的最好辦法是實驗。于是，美國物理學家邁克爾遜和美國化學家莫雷上陣了。1887年，他倆在克利夫蘭合作，用高達40億分之一的精度的儀器再次重做了“以太漂移實驗”。但觀測了5天，仍然看不到“以太漂移”的任何跡象一以太漂移得到了“零結果”。這就是著名的“邁克爾遜一莫雷實驗”。

以太漂移的零結果表明，以太根本就不存在一實驗者得到了和初衷相反的結果。研究者得到和初衷相反的結果的現象，我們稱為“南轅北轍”(現象)。

“邁莫實驗”的一個后果是，相對論在18年之后的1905年呱呱墜地。想來，愛因斯坦應該感謝這次南轅北轍……

與懸賞者的愿望相反——“泊松亮點”用反對者命名

從17世紀中葉開始，科學界開始了光究竟是物質還是波動的爭論一著名的“微粒說”和“波動說”之爭。

當爭論持續到1818年的時候，法國科學院舉行了一次光學方面的懸賞征文活動一想通過它，鼓勵用微粒說解釋光的衍射現象一它是光具有波動性的證明，以取得微粒說的“決定性勝利”。

但出乎主辦者意料的是，當時并不知名的、年僅30歲的法國數學家、物理學家菲涅耳以嚴密的數學推理，圓滿地解釋了光的偏振，并算出與實驗結果符合得很好的衍射花樣。這使評委們大為驚訝。評委比奧嘆服菲涅耳的才能：“菲涅耳從這個觀點出發，嚴格地把所有衍射花樣、現象歸于統一不息，并用公式予以概括，從而永恒地確定了它們之間的相互關系。”

但是，當評委泊松在用菲涅耳的方程推導圓盤形障礙物對光的衍射現象時，卻得到一個令人奇怪的結果：在盤后一定距離的屏幕上的影子的中心會出現一個亮點!泊松認為這一結果是“荒謬”的：影子中心“應”是最黑暗的地方，怎么會出現亮點呢?于是，他聲稱菲涅耳的理論已被自己的反證法駁倒，因而光的微粒說取得了“勝利”。

然而，法國天文學家兼物理學家阿拉戈的實驗表明，確實在屏的圓形陰影中心出現了用菲涅耳理論算出的一個“精彩的”亮點一后來被稱為“阿拉戈斑”的亮點!

這個“亮點”轟動了法國科學院，使菲涅耳榮獲這一屆科學獎。但是，人們卻戲劇性地稱它為沿用至今的“泊松亮點”!

懸賞者法國科學院得也到了南轅北轍的結果：微粒說不能解釋光的衍射現象一衍射現象恰好是光具有波動性的有力證據。

在“否定光子”的指導下——密立根、康普頓適得其反

為了解釋當時物理學界迷惑不解的“光電效應”，愛因斯坦在1905年提出了“光量子論”的觀點。1926年，美國化學家路易斯把光量子改名為“光子”。

許多科學家都懷疑光子的存在。例如美國的兩位物理學家密立根和康普頓。于是，他倆各自做起了實驗。

密立根的實驗水平不容置疑——他因于1910年精密測量電子電荷而獨享1923年諾貝爾物理學獎。然而，經過10年(1906～1915)用實驗檢驗愛因斯坦的“光電效應方程”之后，結果和他的“一切希望相反”，“在1915年不得不斷言它的無歧義的實驗證實”一得到的確存在光子的結論。

在經過多年的實驗研究之后，康普頓于1922年發現了“康普頓效應”。本來，這個效應是“光子存在”的“判決性實驗”，但他依然不肯相信光子論。不過，在經過多方探索之后，他終于認識到這個效應只有用光子論才能解釋，只好承認光子論是正確性的。他也因此獨享1927年諾貝爾物理學獎。

在密立根和康普頓的南轅北轍之后，更多的人接受了光子論。1925年，在美國和德國的兩組物理學家的分別實驗之后，光子論已經被科學界徹底承認。

科學精神和人生哲理——“南轅北轍”現象的啟示

內涵豐富的科學精神最核心的內容是實事求是。所以，在科研中，應徹底摒棄先入為主的“成見”。否則，就會像邁克爾遜和莫雷、上述法國科學院的那些科學家、密立根和康普頓那樣——“劉郎已恨蓬山遠，更隔蓬山一萬重。”

科學精神的又一重要內容，是尊重大自然的客觀規律，以及認識這些客觀規律有時會披上“神秘的面紗”，從而不斷開拓創新。客觀規律有時“法無定法”——有規律，但不一定是人們當初沒有揭示它時猜想的那樣。所以，我們在“馬蹄南去”的時候，不妨來一個“人北望”。舉例來說，當初科學家們對“宇稱守恒定律”堅信不疑。1953年，科學家們發現了難以解釋的現象——一些微觀粒子呈“偶宇稱態”，另一些微觀粒子呈“奇宇稱態”。于是，在1956年，楊振寧和李政道等就打破了宇稱守恒定律的“一統天下”，得到相反的宇稱不守恒的結論。

這類實例告訴我們，在得到某些新成果的時候，應有“陸地在這里結束，海洋從這里開始”(鐫刻在葡萄牙陸地最南端羅卡角的巖石上的名言)的思想；絕不能認為“科學大廈”已經建成而戛然止步。用愛因斯坦的話來說，就是：“科學決不是也決不會是一本寫完了的書。每一次重大發現都帶來了新的問題。”

由“法無定法”，還引發我們對人生變化無常的思考。

當年，由于哥倫布認為他到達了“東方”的印度，所以那里的土著居民被他改了一個本應和他們毫不相干的名字一印第安人(“印第安”是印度的“音譯”)。哥倫布至死也不知道，他到達的是“西土”。然而，就是這個“船舟西去人東望”，讓他揚名千古……

但是，以“芝諾悖論”聞名于世的古希臘哲學家和數學家芝諾，就沒有那么幸運了。直到19世紀中葉，人們對古希臘科學家兼哲學家亞里士多德給芝諾悖論的批評，幾乎都深信不疑。到了19世紀末，人們才徹底指出了芝諾的謬誤的根源，給出了現代數學的哲學解決，也給了他應有的高度評價。對此，英國哲學家兼數學家羅素感慨地說：“在這個變化無常的世界上，沒有什么比死后的聲譽更變化無常了。死后得不到應有的評價的最顯眼的犧牲品莫過于芝諾。他雖然發明了4個無限微妙、無限深邃的悖論，但后世的大批哲學家卻說他只是一個聰明的騙子，而他的悖論不過是一些詭辯。遭到2000多年的連續批評之后，這些‘詭辯’才得以正名……”

[責任編輯 蒲暉]