科学史上有哪些当时觉得很对，但后来发现错得离谱的学说？ 第1页

既然@想象中 介绍了化学史中的一些例子，那我来介绍两个与量子力学相关的吧。 @想象中 提到，“错误的概念往往更符合直觉”，的确是的。所以哪怕爱因斯坦这样的伟人，也可能会犯错误。

爱因斯坦和玻尔这两位可谓是缘分不浅。两人同一年获得诺贝尔奖（不过爱因斯坦是补发的前一年的，具体故事可以参考这篇文章 Phosphates：爱因斯坦诺贝尔奖背后的故事）；而在之后的几十年中，两人之间的辩论不断，可谓是“一生之敌”。爱因斯坦虽然提出了“光量子”的概念^[1]，但是他并不任何哥本哈根学派关于量子力学的诠释，所以他一直在寻找哥本哈根学派理论的漏洞。在本回答中，我将会介绍爱因斯坦的两次著名的出击——其中第一次被玻尔反用广义相对论化解，而第二次则在两人都去世后才由贝尔验证出来孰对孰错。——其中第一部分已经完稿，第二部分等到未来再来更吧。(已完更)

很多人都说爱因斯坦虽然开创了量子力学，但是后来对于量子力学的贡献不大。我认为这种说法没有道理。如果不是因为爱因斯坦一直在想尽各种办法攻击哥本哈根学派阐释的漏洞的话，恐怕量子力学的发展还会延误很长时间。

光盒佯谬（又称爱因斯坦光盒）

爱因斯坦光盒诘难，玻尔相对论化解

在第六次索尔维会议上，爱因斯坦提出了一个思想实验，这就是后来著名的光盒佯谬。这一次爱因斯坦所攻击的是不确定性关系。所谓不确定性原理，指的是当测量两个不对易的物理量时，无法同时精确地测量它们。

不对易指的是这两个算符的对易子不等于0。比如对于动量和位置

所以位置和动量的不确定值
而对于时间-能量也有类似的关系。这也是为什么对于超快激光，其在频域范围内一定是很宽的；像那种在频域很窄的激光，肯定是continuous wave的。

而这一次，爱因斯坦所要攻击的就是这个能量-时间不确定性关系。他的思想实验是这样的^[2]：（所谓思想实验，是使用想像力利用物理学原理去进行的实验，所做的是在现实中目前无法做到的）

试想一个装满了光子的盒子。在盒子的一边有一个孔径，盒子内部的时钟可以通过控制器将孔径外的快门开启短暂时间间隔 发射出一颗光子，然后再将快门关闭。而我们如果需要知道发射出去的光子的能量 ，我们可以利用狭义相对论的质能方程： . 这样，我们只要测量了发射出光子前后的盒子质量差，就可以利用质能方程计算出光子的能量 。理论而言，快门的开启时间间隔是个常数，只要能让一个光子发射出去就行，而盒子的质量可以量度至任意准确度，因此是可以实现 的，也就是能量-时间不确定性原理不成立。

一些听起来都毫无破绽，一时之间玻尔竟然乱了阵脚。在爱因斯坦提出这个诘难之后，在会议上的整个傍晚，玻尔都试图让每一位与会者相信爱因斯坦不可能是正确的，否则这将是物理学的终结；但是他的确此时此刻无法想出任何破解之策。当那天晚上会议结束之时，爱因斯坦带着胜利般的微笑大步离开了会场，而相对应的，玻尔在他身后小跑着，试图做一些辩解。然而第二天早上，形势顿时反转了。

来源于一位与会者的回忆：
It was a real shock for Bohr...who, at first, could not think of a solution. For the entire evening he was extremely agitated, and he continued passing from one scientist to another, seeking to persuade them that it could not be the case, that it would have been the end of physics if Einstein were right; but he couldn't come up with any way to resolve the paradox. I will never forget the image of the two antagonists as they left the club: Einstein, with his tall and commanding figure, who walked tranquilly, with a mildly ironic smile, and Bohr who trotted along beside him, full of excitement...The morning after saw the triumph of Bohr.^[2]

玻尔指出，爱因斯坦在这个理想实验中忘记了考虑广义相对论！既然是要测量光盒的质量，那么光盒至少需要放在称上，而称是依靠重力+（弹簧或者类似物）形变测量的，那么这会导致引力红移。最后根据玻尔的推导结果，爱因斯坦的光盒实验恰恰可以证明能量-时间不确定关系！万万没想到，爱因斯坦对于量子力学的诘难，反倒被玻尔用爱因斯坦的成名作——广义相对论——给化解了。

EPR佯谬

量子力学对物理现实的描述是完备的吗？——爱因斯坦和玻尔去世后，该争论才见分晓

在经过了光盒佯谬的打击后，爱因斯坦虽然不再直接批评不确定关系，但是从而放弃对于了量子力学哥本哈根学派的攻击。这一次，不确定性关系依然在他的目标之中，但是却是对于量子力学完备性的攻击。在那篇题为《能认为量子力学对物理实在的描述是完全的吗？》的论文中，爱因斯坦、波多尔斯基和罗森（分别是E、P、R）三人设计了著名的EPR思想实验——正是这个思想实验，为我们打开了量子通信的大门。

比如现在有A／B两个相互作用的粒子，在它们分开后分别向两个方向移动。由于不受外力，所以这两个粒子动量守恒。当这两个粒子足够远时，此时我可以精确测量A粒子的动量 ，而由于动量守恒所以 ；而此时爱因斯坦假设由于这两个粒子足够远，所以对于A的测量并不会干扰到B（定域论），那么如果同时我们精确测量到了B粒子的位置 ，那么我们就同时精确得到了B粒子的位置和动量，也就违反了不确定性关系。

这个问题引起了玻尔的极大重视，他放下了几乎一切工作来思考这个问题。在5个月后，在同一个杂志上，玻尔发表了回应，甚至也用了完全相同的标题——《能认为量子力学对物理实在的描述是完全的吗？》。我在本科期间曾经仔细研读了这篇文章，并且还写了一篇读书小报告。

当时我在物理学院学习近代物理——这门课包括狭义相对论、量子力学基础和原子物理学。每一部分都有课堂测验，并且最终还有期末考试。量子力学基础的授课老师表示，可以选择玻尔回应文章的读书小报告来代替课堂测试，于是我就写了这份报告。不过最终那堂课堂测验我也考了。这也是我在物理学院辅修期间，第一门获得了优秀的课程。（北大优秀率不得超过30%-40%）

总的来说，玻尔从三个方面对于EPR佯谬进行了反驳。

1. 重申了“物理真实”的含义，即只有观测到的才可以说是物理真实的；
2. 说明了观测一定会对体系的其他变量造成影响（如果两个变量是不对易的）；
3. 说明了哪怕两个粒子相距无限远，对于其中一个粒子的观测也会影响另一个粒子的状态——也就是定域论不成立。

对于玻尔的解释，尤其是第3点，爱因斯坦是不满意的。直觉告诉我们，两个粒子都已经无限远了，对于其中一个粒子的测量还会影响另一个？这难不成是超距作用？但是直到爱因斯坦去世，都没人能找到验证到底定域论是否成立的证明方法。

科学家约翰·贝尔也是同意爱因斯坦的观点的。在他的积极思考下，他提出了贝尔不等式，可以对这个问题进行验证。他的初衷是希望证明爱因斯坦是对的。结果万万没想到，这个不等式恰恰证明了爱因斯坦是错的。

一开始还有不少爱因斯坦的支持者们继续嘴硬——他们想尽办法企图找到各种可能的漏洞。终于在2016年的大贝尔实验（the Big Bell Test）中，所有的这些可能的漏洞都被堵上了——玻尔的想法虽然不符合我们的直觉，但是是对的。在大贝尔实验中^[3]，全球召集到了超过10万玩家来玩游戏——说不定有一些本文的读者就参与了。

参考

1. ^ 我们现在所熟知的“光子”的说法是后来化学家路易斯提出的
2. ^ ^{a b} https://en.wikipedia.org/wiki/Bohr%E2%80%93Einstein_debates
3. ^ https://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%B2%9D%E7%88%BE%E5%AE%9A%E7%90%86%E7%9A%84%E5%AF%A6%E9%A9%97%E9%A9%97%E8%AD%89

看化学史会发现有很多“当时觉得很对，但后来发现错得离谱的学说”，这大概是高中很少介绍化学史的原因，真要讲化学史那一大半内容都是在讨论错误的理论。入门的时候去学，脑海中错误的概念可能记得还更深，毕竟错误的理量和概念往往更符合直觉^[1]。当然现在中学化学教材和炼金术时代的内容相比提升也不大，很多问题一深究就是坑。

随便举几个例子，要说“错得离谱”，“燃素说”算一个。

很多人学完拉瓦锡燃烧理论后可能想不通怎么有人会相信“燃素是万物的灵魂，物体失去燃素而变成死灰烬，灰烬获得燃素，物体就会复活”这种离谱的说法。其实17世纪下半叶英国的几个炼金术士（比如波义耳牛顿）从粒子论出发，结合金属燃烧的现象，提出了类似“火微粒/火粒子”的概念。现在一些书上也会写波义耳和胡克的燃烧实验结论“金属+火微粒=金属煅灰”。

但这波义耳之后的几百年间，欧洲大陆一些医学家和炼金术士从贾比尔的硫汞论出发，通过观察发现动植物和矿物等燃烧之后，留下的灰烬都是成分更简单的物质，“烧完东西变轻了”。于是提出了“燃素说”，在经过多次的优化，形成了一种在当时可以自圆其说的学说。虽然当时也有反对意见，比如俄国的罗蒙诺索夫，荷兰的波尔哈夫都是反对燃素说的，但反对者的影响力有限。

现在我们知道“烧完东西变轻了”是因为有机物中的碳氢氧氮硫等燃烧形成各种小分子，但那时候并不知道这些，燃素说当时看来很直观，很正确。所以流行了近百年，信徒众多。

燃素说的倒塌和气体化学的发展相关，但因为燃素说影响太大，发现氧气的舍勒和普里斯特利都不认为那是一种新元素，可见燃素说的影响力。直到拉瓦锡提出氧气相关的燃烧理论，燃素说才开始动摇。燃素说完全被抛弃还要再过一段时间。

另一个错误理论流行的重灾区是物质理论，因为看不到粒子或原子，原子论支持者和其他理论支持者展开过多此论战，曾一度居于劣势。

看到有些文章因为“罗蒙诺索夫（1711-1765）创立了物质结构的原子-分子学说，通过热的动力学说从本质上解释了热的现象”^[2]之类的说法，对化学教材产生了疑惑，不是说是道尔顿提出现代原子论，阿伏伽德罗提出分子假说吗？类似的疑问还有：

牛顿认为光是粒子组成，那牛顿意识到物质是由分子原子组成吗？安培提出分子电流假说的时候，分子已被发现吗？

一个概念在不同地区、不同学科之间的发展和接受程度是有差异的。原子论提出后不相信的科学家很多，很多人只认为定比定律、倍比定律是正确的。比如凯库勒和法拉第，法拉第就提出过一种新理论，认为原子不是微小的物质粒子，而是作用力的中心点，不过响应的人不多。这和当时流行的孔德的“实证哲学”有关，原子在当时人看来是虚无缥缈的东西，无法证实或证否。

下图是原子论著名的反对者恩斯特·马赫(Ernst Mach,1838-1916），他至死都不相信原子论。

反对原子论的理论中影响最大的理论是唯能论^[3]，这个理论影响非常大，不过感觉算不上太离谱，当时也有很多人反对唯能论。有兴趣的可以搜一下玻尔兹曼与奥斯特瓦尔德的原子之争的资料，就不展开了。

我觉得离谱的是被阿伏伽德罗分子论推翻的电化学二元论。这两个理论是在道尔顿的现代原子论提出后不久就提出的。

现在很多人也很喜欢“哲学思考”，先提出一个简单的理论框架，再把所有现象塞进这个体系中，电化学二元论也是这样。

电学有正电荷和负电荷，带不同电荷的小球会相互吸引，而化学里正好有酸碱。类比一下就得到了“碱是电正性的氧化物，酸是电负性的氧化物”这个结论。

把这种极性理论推广到元素上，每一种元素的原子都有正电和负电不等的两极，两种相反的电荷按照不同的比例聚集于两极上，有的原子显正电性，有的原子显负电性，元素的电化学特性取决于原子中的正电荷或负电荷占据优势。是不是已经有一点电负性的影子了呢？

当时的学者认为氧最负，钾最正，并给出了一系列当时已知元素的正负强弱顺序。

类比推理可知原子依靠正、负电性之间的静电力而结合，电解时正电性的元素在负极析出，负电性的元素在正极析出。

电化学二元理论在硬拗的情况下可以解释当时几乎全部无机化合物和无机化学反应，因此很快就流行了开来。再加上提出者是当时的权威贝采利乌斯，而且贝采利乌斯做过家教，是个教学小能手，电化学二元论在原子论之后很快成为当时化学界的主流理论。

现在很多老师钟爱类比，看到上面的理论可能也会有所收获。那么为什么说这个理论为什么错得离谱呢。

这个理论认为原子靠经典的静电力结合，那么H₂、O₂这些“分子”就不可能出现。因此在贝采利乌斯的世界中，元素=单质=原子。按照这样的原子算出的化学式和原子量就会很不自洽。就像地心说的本轮一样，要加很多“隐藏氢”之类的补丁才能自圆其说，到1860年凯库勒编写有机教材时收录的乙酸的化学式就有19种之多。

电化学二元论也有反对者，比如意大利人阿伏伽德罗，法国人安培，一众有机化学家，但因为他们影响力还是有限。电化学二元论和对应的原子量表硬是流行了半个世纪。可以参考下面的回答。

其他的“有明显错误但流行过的理论”还有很多。

比如道尔顿提出分压定律是因为当时部分化学家对牛顿粒子说提出质疑，认为现在已知大气中有多种气体，如果是粒子肯定会分层，所以空气不可能是由粒子组成的。他们认为大气是一种类似以太的松散的由碳氢氧组成的化合物，像海绵一样“挤一挤”就能提供氧气、水蒸气、二氧化碳等小分子。

还有用吉布斯自由能作为平衡判据推翻的是“化学反应总朝着放热方向进行”的错误理论，这个理论是贝特洛测量了几百个反应的热化学数据后总结的，在不知道熵概念的时代自然被认为是正确的。

甲烷是平面的 ^[4] 。

人工合成尿素推翻的“活力说”——有机化合物只能在有活力的作用下制造出来。

氢不存在同位素。尤利（Harold Urey）1934年因为发现氘获得诺贝尔奖的时候，英国几个质谱学家还在发文章质疑氘的存在。

真的很多。

只能说理论需要时间摸索、验证、推广，一个理论能被大部分人接受认可是非常困难的事。

举个比较近的例子，有在国外读本科的朋友咨询——“国外的教材上为什么很少看到共轭效应(conjugated effect)这个国内教材中很常见的说法？”

这源于冷战时期苏联化学家和美国化学家为“共振论”而展开的论战，“西方世界”倾向于使用共振效应(resonance effect)来解释某些取代基对化合物反应性能的影响，而±C 更多时候指类似乙烯基取代的情况。之前很多高中生问的大π键就是当年为了解释键长平均化同时又不能用共振论而提出的一套理论。

我一直怀疑一些资料是为了使共振论看起来可笑，才会讲那个“不同极限式之间无休止互变”的解释。

鲍林(L.Pauling)在本世纪卅年代初提出了化学结构理论中的共振论。四十年代虽有人提出异议，但以五十年代初对这个理论的批评最为激烈。1951年苏联科学院组织全苏讨论会批判共振论，并作出了相应的措施和决定。接着，1953年在我国化学界也进行了讨论。当时认为，共振论在学术上没有理论根据，哲学上属于马赫主义范畴，是化学中的一种唯心论和机械论。曾经预言，共振论之终被消灭只不过是时间的问题罢了。^[5]

想起一句歌词，“她说将来会找到的，时间会给我答案。”

参考

1. ^ 一个经典的“故事”是学完热力学只记得第一类永动机和第二类永动机
2. ^ https://baike.baidu.com/item/米哈伊尔·瓦西里耶维奇·罗蒙诺索夫/1695587
3. ^ https://baike.baidu.com/item/唯能论/1043620?fr=aladdin
4. ^ https://www.zhihu.com/question/440932397/answer/1704690882
5. ^ 胡盛志. 再评"共振论". 化学通报, 1979(02):3-9.

古生物学家在复原古生物的过程中曾经犯过很多颠覆性的错误，其中最具影响力的莫过于让霸王龙直起身子来扭着走路；其次是把蛇颈龙的头装在了尾巴上；另外，还发生过将陆生动物判定为水生动物并以此命名等等一系列乌龙事件……

现在我们都知道，双足恐龙在行走和奔跑的时候，脑袋和脊柱差不多是和地面平行的姿态。然而巴纳姆·布朗在1902年首次发现霸王龙全身骨骼化石并公之于众的时候，却由于后台老板要抢新闻头条，所以他着急忙慌地就按照企鹅的姿态复原了霸王龙……

随后这群古生物学者就发现不对劲了，但虽然复原图做了一些修正，但受到最开始复原思路的影响，所以复原效果看起来依然透着一股9块9包邮的画风：

除此之外，当时对禽龙这种双足行走的素食龙也是按照霸王龙早期复原图这种思路复原的，而且为了突出禽龙化石中那个可能具有防御性的长指，专门弄出了一个到处点赞的姿态：

而通过现代技术复原的禽龙，其实长这样：

尽管此后古生物学家一度对这系列复原结构有所怀疑，但直到20世纪末，霸王龙以及其它双足恐龙“昂头挺胸大跨步”的走路形象还一直普遍被社会大众和媒体所接受。甚至于因为霸王龙这个经典的错误形象，怪兽哥斯拉从最初的设定稿就被带跑偏，直至今日成了一个在大众心中挥之不去的刻板印象。

所幸后来随着电脑3D复原技术的发展，科学家终于可以用电脑模拟出霸王龙等双足恐龙的合理行走姿态。直到此时，霸王龙的正确步态才建立起来，并经由斯皮尔伯格的经典电影《侏罗纪公园1》重新向公众传播开。

至于蛇颈龙，一开始谁又能预知一种海生动物可以长成脖子比尾巴还长的形态？毕竟现代水生动物中，大多都是前端紧凑、尾部修长，这样的结构更适合在水里用摆尾的方式游泳。比如，虎鲸：

所以，首个发现蛇颈龙并发表的古生物学家柯普（Cope）也没细想，就把蛇颈龙超夸张的长脖子当成了尾巴，而蛇颈龙的头却被装在了尾巴末梢的位置。由于蛇颈龙的尾椎部分结构比较灵活，所以误将尾巴当脖子的柯普认为蛇颈龙应该是一种在水里游泳，同时脖子像天鹅一样弯曲着露出水面的优雅生物。

然而，蛇颈龙就是和现代水生动物完全不一样。

人家是用四个鳍脚划水前进的，长长的脖子由于连接紧密并不能大幅度弯曲。不过这种僵硬的脖子却很方便它们向下探到海床捕食底栖动物，同时又不会因为捕食而损失游速，从而避免被沧龙一类的顶级掠食者轻易追上。

所以所谓的优雅生物，其实是个靠盘剥底层生物过活的大“乌龟”……我说的是样子，不要多想。

再说水龙兽，一个名字带“水”但根本不生活在水里的上古生物。

之所以今天我们还称呼它为水龙兽，是因为这个与人类沾亲带故、猪一样大的家伙颅骨长得非常清奇：它的面部从鼻孔开始，突然往嘴部呈近乎90°向下的角度生长。

这难免让只见过现代河马、鳄鱼的古生物学家觉得，眼睛和鼻孔都位于顶部的水龙兽应该是一种长期待在水里的生物。它们鼻孔及以上的部分在水里能很方便的露出水面，而嘴部依然可以待在水里继续吃东西。

这种合情合理的推断得到了当时大多数古生物学家的支持，所以这玩意儿根据头部特征被命名为水龙头……不对，是“水龙兽”。

然而当科学家们仔细研究水龙兽的全身骨骼之后，他们才发现，这个圆滚滚、壮乎乎的家伙，根本不适合水中生活。恰恰相反，水龙兽坚实的骨架支撑倒是非常适合在陆地上行走和打洞生活。于是在大概二十年前，水龙兽的生境描述做了一次彻底修改，由水栖生活改为了陆地生活。

所以与其说它是水龙兽，不如说它是“土”龙兽。

但好歹这个动物是生活在沼泽岸边的，而且名字已经沿用了这么多年，那就不改了吧？好的。

总之现代科学嘛，就是在这种跌跌撞撞的过程中逐渐修正和发展起来的。所幸我们并没有丢掉科学最重要的一个原则，那就是：我们先承认自己的无知，然后再慢慢在探索和求证中慢慢修正自己的观点，从而变得有知。

在认知-批判-再认知的过程中，现代科学开始逐渐接近真相，并逐渐强大起来。

看到很多答案说的都是几百年前的老黄历，我就说几个离我们特别近的。

电化学冷核聚变

冷核融合（是指理论上在接近常温（1000K以下）、常压和相对简单的设备条件下发生核聚变反应。核聚变反应中，多个轻原子核被强行聚合形成一个重原子核，并伴随能量释放。

基本上就是上世纪80、90年代，一群搞电化学的人，认为电化学手段足以克服核聚变的能量壁垒，引发聚变，一发入魂，解决能源危机。当时不仅理论搞得有声有色的，很多人还发了paper说实验的验证都成功了，探测到了聚变产物。结果后来鲜少有课题组可以成功重复这些实验。

因为这个班门弄斧的事（搞电化学的非要去插一脚核物理），至今，ECS都是各大领域学会里面，地位最低的，经常被人鄙视。

二维材料不存在

当年富勒烯和碳纳米管刚搞出来的时候，很多物理界的人对此嗤之以鼻，认为0维和1维的碳材料不过就是搞材料的人弄的“小把戏”。要是能搞出来一个2维材料，才能叫大新闻。

实际上，早在1935年，物理界就提出：完美的2维材料是不可能在有限温度下存在的，因为热振动会立刻让材料分解(landau peierls instability)。这个理论被一直奉为圭臬，并被很多实验所证实。所以，以石墨烯为首的二维材料，一直被认为只是石墨的一个假想的单元而已。

然后就是众所周知的石墨烯的发现，啪啪啪打脸。实际上物理公式错了吗？并没有。但是这个世界并不是完美的，只坐在办公室里面推公式，并不能预测这个世界所有的实际规律和构成。事实上，几十年前，就有人发现，单层氧化石墨烯是非常稳定的，只不过氧化石墨烯和石墨烯的性质差出去十万八千里，所以关注的人很少，实际上如果当初人们再多引申去想想这个事，没准石墨烯的发现能提前几十年。而后来单层稳定石墨烯的发现，意味着一种几乎没有缺陷的，0 gap 半导体，巨大的导热性，巨大的力学强度，透明，室温量子霍尔效应的材料的出现，直接引爆了凝聚态物理的研究。

时至今日，石墨烯都是发Nautre、Science的好帮手，文章像雪片一样，那是哗哗的往出灌，铸就了一个又一个的“学神”，“大牛”。不过实际上，关于石墨烯，工业界还流传着这样一句话：Graphene: Fast, Strong, Cheap, and Impossible to Use。作为一个工程出身的人，我对此深以为然。有个大牛的话我印象很深刻：“我一生最高光的时刻并不是发了多少论文，得了多少奖，而是亲眼看到应用我研究成果制造出的产品一个一个接连不断的从工厂被生产出来”。不过也希望未来哪个石墨烯学神可以打脸，除了发Nature、Science以外，真的搞出来一个石墨烯的应用。