物理学史上最大的错误


今天,我们相信,从大的夸克到无质量的光子,所有粒子都具有双重粒子/波动性质。 几百年前,人们只考虑颗粒。 但是在1818年,在研究光的本质的基础上,海浪注定要取得凯旋的回报。

我们都喜欢关于世界和宇宙结构的最有价值的想法。 我们的现实概念通常与我们的自我形象密不可分。 但是,成为一名科学家意味着准备在每次测试中对所有这些想法提出质疑。 仅仅一个与理论相矛盾的观察,测量或实验就足以重新考虑或完全放弃我们对现实的理解。 如果我们能够重现这一科学检验,并令人信服地表明它与当时的理论不符,那么我们正在为科学革命奠定基础。 但是,如果有人不想接受理论或假设的检验,那么他可能就是物理学史上最大的错误。


艾萨克·牛顿(Isaac Newton)第三版,1726年, 《自然哲学数学原理》 (lat。PhilosophiæNaturalis Principia Mathematica)。 牛顿关于力学,重力和光等主题的论文成为现代物理学的基础。

人性需要英雄:我们追随,钦佩,努力成为自己的人。 多个世纪以来,物理学最伟大的英雄是艾萨克·牛顿。 牛顿是人类科学成就的支柱。 他的万有引力理论很好地描述了从彗星,行星和卫星的运动到物体落到地球之前的所有事物。 他对物体运动的描述,包括运动定律以及力和加速度对它们的影响,即使在今天,也几乎在任何环境中都适用。 和牛顿吵架是愚蠢的。

因此,在十九世纪初,年轻的法国科学家奥古斯丁·让·菲斯内尔不得不理解他正在冒险。


与棱镜不同,白光通过棱镜的行为表明,在不同能量的介质中,不同能量的光如何以不同的速度运动。 牛顿是第一个解释光的反射,折射,吸收和透射以及白光分解成几种颜色的能力的人。

尽管今天,它在力学或重力方面的优点远不如他所知,但牛顿还是最早解释光的原理的科学家之一。 他解释了光的反射,折射,吸收和透射,以及白色如何由不同的颜色组成。 从空气移动到水,反之亦然,光线弯曲,并且在每个表面上都出现反射的分量,并且已经通过了该分量。

他的光的微粒理论是基于粒子的,射线是光的想法与广泛的实验相一致。 尽管在牛顿时期有克里斯蒂安·惠更斯提出的光波理论,但她无法用棱镜来解释实验。 结果,牛顿光学公司(Newton Opticks)以及它的重力力学成为了赢家。


托马斯·杨(Thomas Young)的两狭缝实验清楚地表明了相长和相消干涉,从而使人们对光的波特性有了更好的了解。 自从17世纪以来,这些经典波浪实验就广为人知。 在1800年代,荣格(Jung)展示了它们适用于光。

但是,在19世纪初,她开始遇到困难。 托马斯·荣格(Thomas Jung)进行了一项现在很经典的实验,其中光线穿过双缝隙:两个彼此相距不远的狭缝。 而且,光而不是像小球那样,而是通过一个狭缝或另一个狭缝,而是显示出一种干涉图案:一系列明暗条纹。

此外,带的图案由两个可调的实验参数确定:缝隙之间的距离和光的颜色。 如果红色对应于长波长的光,蓝色对应于短波长的光,则该光的行为恰好与一波所期望的一样。 荣格的实验只有在光的本质发生根本性波动的情况下才有意义。


在有光的两间隙实验中,就像任何波一样,都会出现干涉图样。 由于波长不同,已经研究了不同颜色的光的特性。

但与此同时,牛顿的成功也不容忽视。 在19世纪初,光的性质已成为科学家之间有争议的话题。 1818年, 法国科学院宣布竞赛以解释光的本质。 是波浪还是粒子? 如何测试以及如何确认测试?

尽管奥古斯丁让·菲涅尔(Augustin Jean Fresnel)参加了比赛,但实际上他是受过教育的土木工程师,而不是物理学家或数学家。 他主要根据十七世纪惠更斯的作品和荣格最近的实验,制定了一种令人难以置信的新光理论。 一切都已准备就绪,可以犯下最大的物理学错误。


用相干光(例如,来自激光的光)照射不透明的球形物体是检查光的波(而不是体波)性质的最清晰方法之一。

在介绍了他的工作之后,其中一位著名物理学家和数学家西蒙·丹尼斯·泊松Simeon Denis Poisson)的法官对费涅耳理论进行了非常仔细的研究。 正如牛顿所描述的,如果光是粒子,那么它只会在空间中沿直线移动。 但是,如果光是波,则当遇到障碍物,间隙或表面时,它将参与干涉和衍射。 不同的几何配置可以提供不同的图案,但可以保留整体图像。

泊松想象出一种单色的光:菲涅耳理论中的一个波长。 想象一下,这样的光具有圆锥形状并遇到球形物体。 根据牛顿的理论,阴影应转为圆形,并被光包围。 根据菲涅尔的理论,正如泊松所证明的那样,阴影的正中心应该有一个亮点。 正如Poisson得出的结论,这一预测显然是荒谬的。


关于球形不透明物体周围的光的波型应该是什么样的理论预测。 中心的亮点是荒谬的,迫使许多人放弃了波动理论。

泊松试图反驳菲涅耳的理论,表明它导致了错误的结论:相反的证据。 泊松想从波光理论中得出一个预测,这将带来明显荒谬的结果,这将证明它是虚假的。 如果预测是荒谬的,则波动理论必定是错误的。 牛顿是对的,菲涅耳是错的,此案已经结案。

但是,这是物理学史上最大的错误! 如果不进行决定性的实验,无论结论多么明显,都不可能得出结论。 物理学不是基于优雅,美丽,证据或论据的简单性来完成的。 它是根据对自然本身的要求而建立的,因此是通过进行相关实验而建立的。


Arago发现了亮点的实验模型。 有时,这个景点被称为Poisson的景点 ,但它必须像Arara的景点一样经过数个世纪的美化,并指出他的努力促成了一次真正的实验。

幸运的是,对于菲涅尔和科学界,法官小组主席对泊松的论点并没有留下深刻的印象。 弗朗索瓦·阿拉戈Francois Arago )后来以法国的政治家,废奴主义者和总理而闻名,他不仅捍卫菲涅耳,而且捍卫整个科学研究过程,他自己进行了决定性的实验。 他制作了一个球形障碍物,并用单色光照在它上面,检查了关于相长干涉的波动理论的预测。 在阴影中心,很容易分辨出一个亮点。 尽管对菲涅尔理论的预测似乎是荒谬的,但实验证据已准备好对其进行证实。 荒谬或非荒谬-自然在说话。


使用在球形物体周围流动的激光和真实光学数据进行实验的结果。

物理学家的一个重大错误可能是,他决定事先知道答案。 假设该实验不是必需的,这将是一个更大的错误,因为它的直觉会告诉您自然界发生了什么而没有发生什么。 但是物理学并不总是一门直观的科学,因此,我们应该始终转向对我们的理论进行实验,观察和测量。

没有这种方法,我们将永远不会反驳亚里斯多德的本质。 我们不会发现狭义相对论,量子力学或当前的引力论:爱因斯坦的广义相对论。 而且我们可能永远都不会发现光的波动本质。


由棱镜分离的恒定光束的示意图动画。 该光是一个波,与白光可以分解为不同的颜色的事实相吻合,并且更深刻地解释了这一事实。

自从物理学史上最大的错误时代以来已经过去了200年。 这个错误实际上对任何事情都没有影响的事实仅是由于弗朗索瓦·阿拉戈的科学顺序而发生的,他不害怕捍卫最重要的科学原理。 我们必须通过试验来回答有关宇宙的问题。 毕竟,牛顿本人在他的《光头》中写道:

我写这本书的目的不是用假设来解释光的性质,而是根据原因和实验来提出和证明它们。


没有实验,科学就不会成功。 我们可以查看预测并将其声明为荒谬的假设是人类最大的缺点。 大自然可能荒谬也可能不荒谬; 它不取决于它是否正确。 为了正确执行所有操作,您需要进行实验。 没有这个,您就不会从事科学。

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