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其他问题

2020年7月18日  来源:世界观:现代人必须要懂的科学哲学和科学史 作者:(美)理查德·德威特 提供人:heidong86......

其他问题

尽管迈克尔逊-莫雷实验结果和黑体辐射问题是开尔文爵士所谈到的小乌云中最为突出的两个,但在20世纪开始的时候,仍然有其他几个令人困惑的命题。在结束本章之前,我将对其中几个命题依次进行简要探讨。

在20世纪开始的时候,物理学家意识到某些元素受热后发出的光都有出人意料的模式。举个例子,假设我们加热一块钠样本。我们会注意到样本发出淡黄色光线(餐桌上的食盐包含钠元素,你只要加热一小撮盐,就会对这个效果有所体会了)。这个现象本身并没有问题,某些物质受热后会散发出特有光线是人们早已知道的事实。在20世纪早期,令人惊讶的是物理学家发现某些元素比如钠受热后发出的光,其中仅有某些特定波长的光线。(后来证明,每个元素发出的光的波长模式都是这个元素所特有的,而在确定未知元素的组成时,这个特点被证明有十分重要的作用。)受热元素所发出光线具有特定波长模式,以及这些光仅由特定波长的光线组成,都是令人惊讶的事实。根据牛顿科学体系的观点,元素发出的光应该是由大量连续波长的光线组成,而不是仅由几种离散波长的光线组成。

因此,我们又遇到了一个关于牛顿科学体系的不证实证据,尽管在当时,这看起来同样是相对不重要的问题,然而,这个问题后来也被证明只能靠量子理论来解决。

同样是在这一时期,也就是19世纪末期和20世纪初期,一系列研究的结果都无法直接与当时已有理论相符合。这些结果并不一定是已有理论所直接面临的问题,但是当时也没有一个完整体系来容纳这些研究结果。接下来的几个例子可以说明这一类命题。

在这一时期,很多物理学家,包括很多著名的物理学家,都在对现在通常所说的“阴极射线”进行研究。现在,我们知道阴极射线实际上是一个电子束,但在那时,这些研究人员的实验结果通常都不一致,而且正如在前面提到过的,当时不存在一个完整体系来容纳这些实验结果。因此,同样地,尽管这些结果并没有直接与当时通常的观点相矛盾,但它们多少令人感到困惑。

大约在同一时期,现在所说的X射线被发现了。现在人们认为X射线是一种电磁辐射,与可见光相似,但波长更短。与阴极射线相同,关于X射线的许多早期研究结果都让人很困惑。简单举一个例子,有些实验表明X射线应该是粒子,但另一些实验则同样有力地表明X射线不可能是粒子,而应该是波。所以,在那个时候,尽管X射线的许多性质都被发现了,但对X射线是什么仍没有很好的理解,像阴极射线一样,这些实验结果都无法被纳入一个完整的体系中。

再举一个例子,放射性也是在这一时期被发现的,相关研究中包括玛丽·居里(1867—1935)和皮埃尔·居里(1859—1906)的研究和重要发现。(玛丽·居里是第一位获得诺贝尔科学领域奖项的女性,同时也是第一位两次获得诺贝尔奖的人。)同样,放射性元素的性质也被证明令人困惑。与前面提到的例子一样,尽管放射性没有与已广为接受的牛顿科学体系的观点产生直接矛盾,但是与放射性相关的发现不能被简单地纳入牛顿科学体系内。

前面讨论的几个命题,既没有涵盖20世纪初期物理学全部的活跃研究领域,也不是对研究结果仍存在困惑的领域的完整描述。但是,这些例子应该已经足够让我们体会到那些“尽管并没有与通常的牛顿科学体系观点发生直接冲突,但也无法轻易与这些观点拼合在一起”的结果究竟是怎样的。

|结语|

1700~1900年间,出现了大量科学研究成果,它们都融入了17世纪的科学家们所提出的架构体系,其中最值得注意的就是牛顿提出的科学体系。新研究成果的融入,使这些架构体系看起来前景无限。所有内容似乎都完美地拼合在一起,结果就是得到了牛顿体系的宇宙观,它看起来几乎可以解释一切,或至少人们希望如此。

在结语之前的小节里,我们讨论了19世纪末两个最突出的问题,也就是迈克尔逊-莫雷实验问题和黑体辐射问题。我们随后又简要讨论了在这一时期其他几个同样令人困惑的研究结果。当时,人们都期望在通常的牛顿科学体系内解决迈克尔逊-莫雷实验结果和黑体辐射问题。而对前一个小节结尾部分讨论的那些令人困惑的其他研究结果,情况也是如此。

然而,后来事实证明,这些结果对牛顿世界观来说并不只是无足轻重的小问题。在剩下的几章中,我们将探讨新近的一些发展,大部分都出现在20世纪以后。相对论和量子理论是其中两个主要发展,它们最终对迈克尔逊-莫雷实验和黑体辐射的有趣结果进行了解释。另一个新近主要发展是演化论,我们在本书的下一部分也会对这个理论进行探讨。我们将看到,所有这些新近发展都对我们的观点,至少是对我们自牛顿时代开启以来所秉持的观点,产生了重要影响。

牛顿世界观

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