陳仁政

俗話說(shuō)：“細(xì)節(jié)決定成敗。”在科學(xué)史上，許多重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)都是由于“小數(shù)據(jù)”而引發(fā)的。

從正圓到橢圓—8′引出的天文學(xué)革命

近代早期最重要的天文觀測(cè)是由丹麥天文學(xué)家第谷完成的。1600年，開普勒應(yīng)邀來(lái)到布拉格的魯?shù)婪驅(qū)m廷協(xié)助第谷工作，接觸到第谷無(wú)比豐富的天文觀測(cè)資料。

開普勒選了火星為突破口—第谷留下的火星資料最豐富，而且火星的運(yùn)行與哥白尼理論出入最大。起初，開普勒還是采用傳統(tǒng)的偏心圓方法。他在試探了70多次后，終于找到了一個(gè)方案，但很快就發(fā)現(xiàn)與第谷的其他數(shù)據(jù)不符—相差8′。不過(guò)，他堅(jiān)信第谷的觀測(cè)可靠，沒(méi)有忽略這細(xì)微的8′。那么，問(wèn)題出在哪里呢？

經(jīng)過(guò)緊張艱苦的歸納、整理、試探，開普勒先是發(fā)現(xiàn)了火星繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)向徑單位時(shí)間掃過(guò)的面積是一個(gè)固定值。這意味著雖然火星的軌道線速度并不均勻—離太陽(yáng)遠(yuǎn)時(shí)，線速度變小，離太陽(yáng)近時(shí)，線速度變大；但是，面速度均勻。后來(lái)，他發(fā)現(xiàn)火星的軌道有點(diǎn)像卵形，就先用卵形線來(lái)描繪軌道，但也沒(méi)能成功。最后，他想到了橢圓，很快就確認(rèn)火星的軌道是橢圓。1609年，開普勒發(fā)表了《論火星的運(yùn)動(dòng)》，闡述了他發(fā)現(xiàn)的火星運(yùn)動(dòng)規(guī)律：火星劃出一個(gè)以太陽(yáng)為焦點(diǎn)的橢圓—開普勒第一定律；由太陽(yáng)到火星的向徑在相等的時(shí)間內(nèi)劃出相等的面積—開普勒第二定律。

1617～1621年，開普勒出版了《哥白尼天文學(xué)概論》三卷本，把前述第一、第二定律推廣到了太陽(yáng)系的所有行星，同時(shí)公布了他于1619年發(fā)表的開普勒第三定律：……行星公轉(zhuǎn)周期的二次方和它與太陽(yáng)距離的三次方成正比。至此，所有行星的運(yùn)動(dòng)都與太陽(yáng)緊密地聯(lián)系在一起，太陽(yáng)系的概念被牢牢確立。哥白尼和他之前的天文學(xué)家運(yùn)用的一大堆“本輪”和“均輪”被徹底推翻，行星日夜不停地按“開普勒三定律”有條不紊地邀游太空。就這樣，開普勒完成了他的“宇宙體系”的“2.0版”，被譽(yù)為“天空立法者”。

于是，開普勒不無(wú)自豪地在他于1619年出版的《宇宙的和諧》一書中說(shuō)：“就憑這8′的差異，就引起了天文學(xué)的全部革命?！?h3>±0.04勝過(guò)±0.02—庫(kù)侖在數(shù)據(jù)面前的睿智

±0.04的誤差比±0.02更大啊！那±0.04怎么會(huì)勝過(guò)±0.02呢？答案還得從頭說(shuō)起。

1785年，法國(guó)物理學(xué)家?guī)靵觯?736～1806）在他的論文《電力定律》中，發(fā)表了電學(xué)中第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的定量規(guī)律—庫(kù)侖定律：F= k（Qq）/r2，其中F是距離為r、電量為Q和q的兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷之間的靜電力，k=9.0×109N·m2/C2，是庫(kù)侖常量即靜電力常量。因此，人們都公認(rèn)他最早發(fā)現(xiàn)了這一定律。

其實(shí)，最早發(fā)現(xiàn)這一定律的人并不是庫(kù)侖，而是英國(guó)化學(xué)家、物理學(xué)家卡文迪許（1731～1810）—他的實(shí)驗(yàn)結(jié)果還比庫(kù)侖的更精確。

那為什么人們不說(shuō)卡文迪許是這一定律的發(fā)現(xiàn)者呢？他又是怎樣在實(shí)際上最早發(fā)現(xiàn)這一定律的呢？

1773年，法國(guó)科學(xué)院宣布了征文《什么是制造磁針的最佳方法》，公開征集指向力強(qiáng)、抗干擾性好的指南針，以用于航海。1777年，庫(kù)侖以論文《關(guān)于制造磁針的最優(yōu)方法的研究》，與他人分享了頭獎(jiǎng)。他在論文中提出用絲線懸掛指南針是較好的方法，并指出懸絲的扭力能為物理學(xué)家提供一種精確測(cè)量微弱的力的辦法。又經(jīng)過(guò)幾年努力，他得出了“扭轉(zhuǎn)定律”：扭轉(zhuǎn)力矩與懸絲的長(zhǎng)度成反比，與懸絲的扭轉(zhuǎn)角成正比，與懸絲直徑的4次方成正比。他由此發(fā)明了庫(kù)侖扭秤，并用它得到的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)了庫(kù)侖定律。

但庫(kù)侖并不知道，在英吉利海峽的那一邊，早就有人捷足先登。

實(shí)際最早發(fā)現(xiàn)靜電力服從“平方反比”的是卡文迪許。他在1773年設(shè)計(jì)了一個(gè)巧妙的電學(xué)裝置—同心球進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。他在多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)之后，最終確立了靜電力服從“平方反比”，其誤差僅±0.02—引力和斥力分別與距離的（2±0.02）次冪成反比，這比后來(lái)庫(kù)侖的精度（2±0.04）還高。

這里有三個(gè)問(wèn)題必須交代。

第一個(gè)問(wèn)題是，庫(kù)侖的實(shí)驗(yàn)晚于卡文迪許，為什么其精度反而不及后者？這是由于庫(kù)侖用的是他發(fā)明的扭秤來(lái)測(cè)力的，但是很難測(cè)得精確；而卡文迪許不是用自己發(fā)明的“扭秤”—“同心球裝置”測(cè)力，而是用檢驗(yàn)導(dǎo)體內(nèi)部是否有電荷的方法，這就可以測(cè)得很精確。