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科学史上著名公案——神秘的N射线

已有 4366 次阅读 2008-10-31 17:24 |个人分类:科学史话|关键词:科学史| 科学史

(按:以前写过一篇《神秘的N射线》,限于篇幅写得较简略。这篇
做了一些补充。)

                  科学史上著名公案——神秘的N射线

                            ·方舟子·

    美国著名物理学家和化学家、1932年诺贝尔化学奖得主欧文·朗
缪尔在1953年发明“病态科学”一词,指科学家一厢情愿地研究一种
不存在的自然现象,由于过分强烈的主观愿望而相信虚假的结果(参
见《科学史上著名公案——神秘的有丝分裂射线》,本版2008年5月
12日)。他举了科学史上的几个例子,其中最著名的是关于N射线的
“发现”。不过,这并非一个简单的病态科学事件,它有着比较复杂
的政治、文化背景。

    故事应该从德国物理学家伦琴发现X射线讲起。伦琴的实验记录
按其遗嘱销毁,该发现的具体细节已无从确知。根据当时的资料
重建,大致是这样的:1895年11月的一天,伦琴在暗室里用黑色薄纸
板把一个克鲁克斯管(英国著名物理学家克鲁克斯发明的一种高真空
放电管——阴极射线管)密封起来,接上高压电流,准备做阴极射线
的实验,却意外地发现一块放在旁边用来做别的实验的荧光屏发出了
光辉。在连续进行了6周的严密实验后,他认定放电管发出了一种未
知的射线——X射线。6年后,伦琴因此获得了首届诺贝尔物理学奖。

    后来发现,在伦琴之前,实际上已有几个人,包括克鲁克斯本人,
都观察到了X射线,但都没有意识到。伦琴不仅有好的运气,更重要地
是他能把握住运气。在伦琴之后,有许多人想成为伦琴第二。其中包
括法国南锡大学物理教授布朗洛。布朗洛是个杰出的物理学家,由于
在电磁学领域的成就,当选法国科学院通讯院士并两次获得科学院大
奖。1903年,他在研究X射线的偏振现象时,遇到了类似伦琴一样的运
气。他的实验材料是一根放在密闭铁管中的热铂丝,铁管留了一条铝做
的细缝。他注意到从中射出的射线似乎能够让附近煤气灯的火焰变得更
亮,而且还能让荧光屏变得更亮。他认定这也是一种未知的新射线,取
名N射线,以纪念他任职的大学。

    布朗洛很快又发现很多材料都能天然地发射N射线,比如石英、大多
数的金属,但是不包括木头。太阳也能发出N射线,而且还能储存在某些
材料中。把一块砖用黑纸包好在太阳下晒一会,就能让它持续不断地发
出强烈的N射线。就像光透过玻璃三棱镜发生折射形成光谱一样,让N射
线透过铝质三棱镜也会形成频谱,虽然看不见,但是可以用一块特制的
荧光屏检测出来。布朗洛还发现N射线能够奇妙地增强人的视力。

    这种射线看来要比X射线神秘得多,也重要得多。布朗洛迫不及待
地发表论文宣布其发现,在三年内发表了26篇相关论文和一部著作。其
他法国科学家也纷纷跟进,到1906年时已有120多名科学家发表了近300
篇研究N射线的论文。1903年诺贝尔物理学奖的获得者贝克勒尔也凑这
个热闹,写了10篇有关论文。最神的是布朗洛的同事、南锡大学医学院
生物物理学教授查彭蒂尔,他发现兔子、青蛙、人体都能发射很强的N射
线,而且N射线不仅能增强人的视力,还能增强嗅觉、味觉和听力。这种
“生理射线”还能通过电线传导。查彭蒂尔为此发表了38篇论文,光是
1904年5月一个月就发表了7篇有关论文。

    但是德国、英国的物理学家们却无法重复布朗洛的发现,不免心
存疑惑。这些“失败者”中包括著名的物理学家 英国的开尔文勋爵、克
鲁克斯,德国的鲁本斯、卢默尔。特别是德国物理学家鲁本斯,曾被德
国皇帝要求重复出法国人的发现,花了两周时间也一无所获。1904年,
恰好以善于揭露伪科学著称的美国著名物理学家、约翰斯·霍普金斯大
学教授罗伯特·伍德到英国参加会议,与会者便请他去布朗洛实验室看
个究竟。伍德建议鲁本斯去做调查,但鲁本斯觉得还是伍德去比较合适,
因为布朗洛曾彬彬有礼地回答过鲁本斯的许多问题,拉不下脸来戳穿他。

    1904年夏天,伍德拜访了布朗洛实验室。布朗洛热情地向伍德演示
N射线实验。这些实验都是在暗室中进行的,这就让伍德有了恶作剧的
机会。在第一个实验中,布朗洛用N射线源对准电火花,声称这使火光
变亮,然后用手遮挡N射线源,声称火光又变暗了。但是伍德都看不出
亮度有变化,提议由他用手来遮挡N射线源让布朗洛观察火光亮度变化。
伍德后来向英国《自然》杂志报告说,他的手根本没有动弹,布朗洛却
一会说亮了,一会说暗了。

    第二个实验是布朗洛把一把锉刀放在眼睛旁,声称锉刀发出的N
射线使得他的视力增强,能够看清远处夜光钟的指针。伍德提出替他
握锉刀,偷偷地换成木头尺子,按布朗洛的说法,木头不能发出N射线,
但是布朗洛同样声称看清了指针。第三个实验是N射线的折射实验,布
朗洛准确地从屏幕上一条条读出了N射线的频谱,他不知道的是,伍德
早已偷偷地把铝质棱镜拿走藏到兜里,N射线根本不应该发生折射!

    有的文献说,在伍德向外界公布了这些实验结果,证明了N射线
纯出想像之后,布朗洛就身败名裂,甚至发疯而死。其实布朗洛在那
一年再次获得了法国科学院的大奖,到1910年才因到了退休年龄而退休,
并一直活到1930年,享年81岁。其间他还在著书立说、发表演讲,丝
毫没有发疯的迹象——当然,他一直坚持认为N射线是真实存在的,
只是太过微妙,不能用简单的实验来验证。为了证明N射线是客观存在
的,布朗洛在书中出示了似乎很客观的证据:有照片为证,N射线让电
火花变亮了,在照片上,有N射线的比没有N射线的要亮得多。但是这
很可能是两张照片的曝光或显影的时间不同导致的。

    布朗洛看来是很真诚地相信他的发现,而不是有意造假。科学史
上类似这种由于强烈的主观偏向而自欺欺人的例子屡见不鲜,但是为
何有如此多的训练有素甚至声名卓著的科学家都在这一事件中跟着晕
头转向,却是一个比N射线更神秘的谜。他们以法国科学家为主。在
19世纪下半叶,法国已丧失了世界科学中心的地位,落后于德国和英
国。1870年法国在普法战争中大败,向德国割地赔款,更是沉重打击
了法国人的民族自尊心。也许,正是在赶英超德、振兴法国科学事业
的爱国激情的驱使下,法国科学家浮躁地抛弃了一些基本的科学原则,
结果却沦为国际笑柄。

    这个事件经常被有些反科学人士拿来证明科学研究并不像人们
设想的那么客观,科学结论是靠不住的。其实它恰恰说明,虽然再著
名的科学家也有可能犯错误,但是科学却有能力自我纠正错误,关键
在于如何严密地设计控制实验,避免主观偏向而获得客观的结果。毕
竟,否证N射线的也是科学家,而伍德的“恶作剧”实际上是在采用
一个基本的科学实验方法排除主观偏差:盲法试验。

2008.10.15.

(《经济观察报》2008.10.27)


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