物理学史上最大的错误

我们都喜欢我们最珍视的关于世界和宇宙如何运作的观点。我们对现实的理解往往与我们对自己的理解不可分割。然而，要成为一名科学家，你必须做好准备。每次我们测试，我们不得不对所有的问题表示怀疑。只需要与你的理论预测相冲突的观察、测量或实验，你就必须考虑修正或放弃你对现实的看法。如果你能重现那个科学测试，并令人信服地证明它与流行理论不一致，你就为科学革命奠定了基础。但是如果你不愿意把你的理论或假设付诸实践，你可能会犯物理学史上最大的错误。

拥有英雄是人类的天性:我们钦佩、钦佩并渴望成为英雄。在物理学领域，几个世纪以来最伟大的英雄是艾萨克·牛顿。牛顿代表了人类科学成就的顶峰。他的万有引力理论完美地描述了从彗星、行星和卫星的运动到几个世纪以来物体如何降落在地球上的一切。他对一个物体如何运动的描述，包括他的运动定律，以及一个物体如何受到力和加速度的影响，即使在今天，几乎在所有情况下都是有效的。挑战牛顿是愚蠢的。

这就是为什么在19世纪早期，年轻的法国科学家奥古斯丁-让·菲涅尔应该预见到他将会遇到的麻烦。

牛顿是第一个解释白光可以分解成不同颜色的人。

尽管牛顿在力学或引力方面的研究成果举世闻名，但他对光是如何工作的解释在今天并不广为人知。他解释了反射和折射、吸收和透射，甚至白光是如何由颜色组成的。当光从空气中进入并返回水中时，光会弯曲，在每个表面上都有一个反射分量和一个通过分量。

他的光的“粒子”理论是基于粒子的。他认为光是一种光的观点与各种实验是一致的。虽然克里斯蒂安·惠更斯提出了与牛顿同时代的光波理论，但它不能解释棱镜实验。牛顿的理论，像他的力学和重力一样，是一个赢家。

托马斯·杨:光的波动特征

但是在19世纪早期，这个理论开始陷入困境。托马斯·杨进行了一项现在已经成为经典的实验，通过一个双缝传输光线:两个窄缝相隔很小的距离。光的行为不像粒子，它通过一个或另一个狭缝，但呈现出一种干涉模式:一系列明亮和黑暗的条纹。

此外，条纹的图案由两个可调节的实验参数决定:狭缝间距和浅色。如果红光对应于长波长光，而蓝光对应于短波长光，那么光的行为就完全像波一样。杨的双缝实验只有当光具有基本的波状性质时才有意义。

光的双缝实验产生干涉图样。

然而，牛顿的成功不可忽视。19世纪初，光的本质成为科学家们争论的话题。1818年，法国科学院举办了一场解释光的竞赛。是波浪吗？是粒子吗？如何测试以及如何验证测试？

奥古斯丁·让·弗雷斯内参加了比赛，尽管他是作为土木工程师而不是作为物理学家或数学家接受训练的。他在17世纪惠更斯的研究成果和杨最近的实验结果的基础上提出了一种新的光波理论。他对此非常感兴趣。所有物理学中最大的错误发生在这个阶段。

使用不透明球体测试光的性质。

著名的物理学家和数学家西蒙·泊松在提交了他的作品后，对菲涅耳理论进行了详细的研究。如果光是一个粒子，如牛顿所说，它将在空间中直线运动。然而，如果光是波，当它遇到表面的阻挡层、裂缝或“边缘”时，它必须干涉和衍射。不同的几何构型会导致不同的特定图案，但这一普遍规律是正确的。

泊松设想单色光:菲涅耳理论中的单一波长。想象一下，这束光形成一个圆锥形，遇到一个球形物体。在牛顿的理论中，你会得到一个周围有光的圆形阴影。但是在菲涅尔理论中，正如泊松所证明的，在阴影的中心应该有一个亮点。泊松断言这个预测显然是荒谬的。

中心亮点是荒谬，导致许多人忽略了波动理论。

泊松试图证明菲涅尔的理论是错误的，因为这将导致一个逻辑谬误:反证法。泊松的想法是推导光波理论做出的一种预测，这种预测将会产生如此荒谬的结果，以至于它一定是错的。如果这个预测是荒谬的，那么光波理论肯定是错误的。牛顿是对的，菲涅耳是错的。

然而，这本身就是物理学史上最大的错误！如果你不进行关键的实验，你就不能得出结论，不管它看起来有多明显。物理学不是由优雅、美丽、辩论或辩论的直接性决定的。它通过诉诸自然来解决，这意味着进行相关的实验。

幸运的是，对于菲涅尔和科学界来说，陪审团主席将不再有泊松的把戏。弗朗索瓦·阿拉戈不仅为菲涅尔辩护，也为整个科学研究过程辩护。后来，作为一名政治家、废奴主义者甚至法国总理，阿拉戈变得更加出名。他制造了一个球形障碍物，并在它周围发射单色光，以检验波动理论对结构干涉的预测。在阴影的中心，可以很容易地看到一个光点。尽管菲涅尔的预测似乎很荒谬，但实验证据证明了这一点。不管荒谬与否，大自然已经说过了。

在物理学中，你可能犯的一个大错误是假设你事先知道答案是什么。一个更大的错误是假设你甚至不需要测试，因为你的直觉告诉你什么是或者不是自然接受的。然而，物理学并不总是一门直觉科学，所以我们必须总是依赖实验、观察和对我们理论的可测量的测试。

没有这种方法，我们就不会推翻亚里士多德的自然观。我们永远找不到狭义相对论、量子力学或我们目前的引力理论:爱因斯坦的广义相对论。当然，没有它，我们就不会发现光的波动性。

物理学史上最大的错误已经过去了200年。事实证明，这个错误并不重要。这仅仅是因为弗朗索瓦·阿拉戈的科学正直，他不怕站出来捍卫所有科学中最重要的原则。我们必须通过测试宇宙本身来回答关于宇宙的问题。毕竟，在牛顿看来，他自己写道:

我在这本书里的设计没有用假设来解释光的特性，而是用理性和实验来提出和证明它们。

没有实验，我们就没有科学。假设我们能看到一个预测，然后宣布它是荒谬的，这对我们人类来说是一个巨大的失败。自然可能荒谬，也可能不荒谬；这与它是否正确无关。为了做好它，你必须做一个测试。没有它，你根本就不是在做科学。