牛顿的失误

第四节　牛顿的失误

“谁要是有闲暇和宁静来读这本书，就会重新生活于伟大的牛顿在他青年时代所经历的那些奇妙的事件当中。对于他，自然界是本打开的书，一本他读起来毫不费力的书。”这是爱因斯坦为牛顿的《光学》重印本所写的序言中的一段话。牛顿是近代光学的奠基者，但是牛顿也有过失误。

牛顿很想改进望远镜。因为望远镜有两种缺陷：球面像差和色差。球面像差是指同一光源发出的近轴光线和远轴光线通过透镜后，由于成像位置不同而使像的边缘成模糊状；色差是白光经过透镜后，由于同一透镜对不同色光折射率不同，而使像的边缘呈彩色模糊状。牛顿下决心要消除色差这种缺陷。

他买了一块玻璃棱镜，经过一系列实验后得出结论：白光通过棱镜后之所以分成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等色光，是因为白光本来就是由这些色光混合而成的，绝不是无中生有或是由白光变的。

牛顿的结论使色差的原因找出来了，像的大部分因色光混合仍呈白色，像的边缘因色光折射而分开形成色差。如何消除色差呢？牛顿想：如果不同的物质对光具有不同的折射率，那么，色彩也许可以通过不同折射率的透镜组合得以消除。

牛顿设计了一个实验：在一个注满水的玻璃棱镜容器中，放一个玻璃棱镜，以观察光线通过这种组合棱镜后，是否会发生什么变化。牛顿设想：如果水和玻璃对光具有不同的折射率，那么，这一水和玻璃的组合一定会使折射发生某些变化，牛顿的设想十分合理，但是他将这个实验重复了多次，仍然没有发现折射情况有何改变。不应当没有变化啊，但是实验的结果确实如此，牛顿万万没有想到，他所选的玻璃和水恰好有相同的折射率。

如果牛顿更换另一些透明物质，再做一些实验，他可能会有新的发现。但是牛顿轻率地下结论了：所有的不同的透明物质都是以相同的方式折射不同的色光。有这样的一个结论，那么试图用不同的透明物质的组合来解决色差问题当然就不可能。牛顿逝世以后，人们经过实验知道牛顿错了，人们明白了不同的透明物质对色光有不同的折射率，并用不同的玻璃制成了消除色差的复合透镜。

牛顿和他以后的科学家都运用了实验和归纳的方法，都是从个别推出一般，但是牛顿失败了，而后来的科学家成功了，这说明归纳方法对科学发现有一定效用，但它又是不完善的。

物理学研究中很多情况下需要运用归纳的方法。归纳法是以观察、测量、实验为手段，在大量经验材料的基础上进行概括，把事物的本质和规律揭露出来，以求最终建立最普适的定理。从个别推出般，由个性寻求共性，这是归纳法的本质所在。在物理学发展的过程中，运用归纳推理方法提出科学假说，建立科学理论的成果举不胜举。

牛顿由地球和月球之间、太阳和地球之间、地球与火星之间等互相吸引的个别事例，作出任何两个物体之间都互相吸引的假说，进而创立了万有引力定律。

巴耳末在对氢原子的光谱谱线的研究中，找出氢原子光谱中可见光谱线波数N的经验公式：。这些经验公式虽然是根据有限次数的实验或观测取得的，虽然有局限性，但是在此基础上提出的假设，可以为发展完整理论提供积极的线索。巴耳末就是在有限的经验公式的基础上，提出了氢原子内在规律表现的假说。

卢瑟福根据α粒子散射实验这个个别事实，提出原子核式结构模型的假说，伦福德根据钻头钻炮筒产生大量热量使水沸腾这样一些个别事实，否定了“热质说”，提出了“热动说”的假说；迈耳发现船员进入热带后，血液比在欧洲时更红，他根据这样一些个别事实，联想到食物的化学能与热能转换问题，最早提出能量守恒和转化定律。

我们不可能把某类自然现象枚举穷尽。因此，只能根据我们已经把握的一部分事物的某些属性进行归纳，因此，难免以偏概全，作出的结论不是完全可靠的。例如，在常温下，金、银、铜、铁、锡都具有固体的特征，于是就由此归纳出“一切金属都是固体”的一般结论，那么汞呢？它可不是固体。牛顿的错误在于过分相信个别的事实，过分相信归纳方法。

归纳推理具有探险的性质，既然是探险，就是说它有时可以成功，有时也可以失败，结果飘忽不定。但是我们如果坐在家里不探险，就不可能发现奇迹，因此，既便归纳方法有局限性，它仍然是人们认识世界的基本方法之一。

成功了，会鼓舞更多的人去开拓；失败了，也会给后者提供有益的启示和发展的余地。归纳推论要得到较高的成功率，应当满足两个要求：一是取样要多，二是取样要有代表性。