正确对待实验的结果——谈牛顿、赫兹和弗兰克的失误
事实上，正是象赫兹这样一位物理学家——电磁波的发现者——以前曾经进行过同样的实验，而且错误地导致了这样一种结 论：阴极射线是不带电的。这段插曲最清楚地表明了一个基本事实：技术的改进和实验科学的进展是相辅相成的。我们以后还会遇到这个基本真理的更多的例证。
——杨振宁
我们自己为现象创造条件，而不是观察原有的现象。……我控制着现象。这样按照我个人的意思来影响现象的过程，那就称为实验。如果我只是观看，而并不积极地干预，那就是单纯地观察。
——巴甫洛夫
通常，实验是在尽可能排除外界有关影响的前提下，使事件在已知条件下发生，并在突出主要因素的情形下进行密切、审慎的观察，以便揭示各种现象之间的相互关系。法国出生的美国微生物学家和病理学家杜波斯（René Jules Dubos，1901—1982）曾说过：
“实验有两个目的，彼此往往不相干：观察迄今未知或未加释明的新事 实；以及判断为某一理论提出的假说是否符合大量可观察到的事实。”
实验对于科学研究的重要性，这是人人都知道的，似乎用不着多说，但是有一种倾向往往被人们忽视，那就是对实验的过分信赖。过分信赖已完成的实验而使科学家陷入误区，这在科学史上是屡见不鲜的。尤其值得注意的是，有许多非常卓越的科学家曾在这方面陷入误区。例如，法拉第由于相信各种“自然力”之间必然存在内在联系，曾经尝试用磁来影响光，结果他发现磁场能够引起玻璃内传播的光的偏振面旋转。这真是一个了不起的划时代发现！为了纪念这一伟大发现，画家曾为法拉第绘制了一幅著名的肖像画，画中的法拉第手里拿着一块火石玻璃。后来，法拉第还做过一个试验，他试图用磁场来影响钠蒸气发射的光，但是没有成功。这一结果导致麦克斯韦断言：这种现象是不可能发生的。但是，24年之后，荷兰一位不知名的物理学家塞曼（Pieter Zeeman，1865—1943）却用衍射光栅完成了法拉第想完成的实验，这就是著名的“塞曼效应”。1902年，塞曼因此获得诺贝尔物理学奖。
科学实验对于认识客观世界来说，是一个不可或缺的重要手段，但它也是有局限性的。其局限性产生的原因主要来自两方面：一是实验技术具有历史的局限性；另一是研究对象太复杂，科学家一时无法看清它的全貌，常常一叶障目。达尔文曾半开玩笑半认真地说过：
“大自然是一有机会就要说谎的。”
因而，当研究对象必然受到限制的情形下，对实验结果有多大的实用范围，其可靠程度如何，必须慎之又慎，万不可不加分析地盲目信任。
美国物理化学家班克罗夫特（Wilder Dwight Bancroft，1867—1953）曾指出：所有科学家由于切身的经历都深知，要想从实验得出正确的结果是多么的困难，即使有时知道该怎么做也同样如此。因此他强调，对于旨在得到资料的实验，不应过分信任。
通过下面将要研究的三个案例，我们将会充分认识到，班克罗夫特的话是十分准确的。事后看起来，一切似乎那么分明，走出误区的道路多么平坦；但在当时的条件下（指导思想、实验手段、数据处理等等）要想从迷宫中找到阿莉阿德尼线（clew of Ariadne）[1]真是谈何容易啊！
（一）
第一个案例是关于鼎鼎大名的牛顿的故事。关于牛顿，我们大约都知道英国诗人波普为牛顿写的墓志铭：
大自然与它的规律为夜色掩盖，
上帝说让牛顿出来吧，
于是一切出现光明！
这首诗表露了诗人对历史上最杰出科学家牛顿无限敬仰和赞美之情。牛顿的成就不仅在于他创立了经典力学和微积分，而且还在于他确立了科学研究的正确方法，即现在所称呼的“物理思想”。这种方法要求科学家首先观察事实，尽可能地变换条件，以便在精确实验的基础上得出最一般的规律，然后通过推理得出个别的定律或定理，又通过进一步的实验来验证这些推理。后来法国物理学安培深知其中奥妙，并根据这一方法创立了经典的电动力学，因而博得“电学中的牛顿”这一美名。
由于牛顿具有这种科学的思维方法，所以他一生对于自己提出的种种理论，都是十分谨慎的。他有一句名言至今仍流传于世：
“在事实与实验面前没有辩论的道理。”
这条他终生遵循的原则，深深体现了他忠实于科学的崇高品质。
但是，牛顿也有背离这条原则而显得不谦虚谨慎的时候。科学史无数次表明，每当一个科学家不谦虚谨慎，盲目相信自己和不尊重事实的时候，他就多半会受到失败的惩罚。牛顿也不例外。
我们知道，牛顿在光学上作出了许多贡献，这方面的主要工作大部分都记载在1704年出版的《光学》一书中。牛顿对光学最主要的贡献是对颜色的研究。
古代人很早就注意到自然界中光会出现五彩缤纷的颜色，例如霓虹和油薄膜上呈现出相似的色彩。古希腊的亚里士多德认为，颜色是由白与黑、光明与黑暗按不同比例混合的结果。这一看法在牛顿以前一直占支配地位。牛顿的老师巴罗（I.Barrow，1630-1677）则同意另外一种见解，认为白光不同程度的聚和散就形成不同的颜色，例如浓缩、聚集程度最高的是红色，最稀释、分散的就成了紫色。1665年，只比牛顿大七岁的胡克（Robert Hooke，1635—1703）在《显微术》一书里，从光是一种波动的观点为颜色提出了一种具体的物理机制，他认为颜色是由于光在折射时其波前偏转而形成。过了一年，牛顿对光和色也发生了兴趣，开始进行研究，并对颜色提出了一种全新的见解。
牛顿为什么对颜色感兴趣呢？这是起因于他想改进望远镜。自从伽利略利用望远镜对天体做了卓有成效的观测以来，许多科学家都热心于望远镜的改良。当时望远镜有两个严重的缺陷亟待改进。一个是球面像差（spherical aberration），另一个是色差（chromatic aberration）。球面像差是同一光源发出的近轴光线和远轴光线在通过透镜后，由于成像位置不同而使像的边缘呈模糊状。开普勒于1611年，笛卡儿于1637年分别对球面像差进行了研究，而且都写了名为《折射光学》的书。当他们弄清楚了球面像差的原因以后，认为通过研磨椭圆和抛物线旋转体状的透镜来加以解决。但收效不大。
望远镜的另一个缺陷是色差（或色像差），即白光经过透镜后所成像的边缘呈彩色模糊状。牛顿对改进这一缺陷有着强烈的愿望。但是牛顿十分清楚，要想消除色差那必须重新研究颜色的理论。
1666年，那正是他23岁的时候，他买来了一块玻璃棱镜，他要通过实验而不是毫无边际的假说来揭开这一费解之谜！经过一系列有名的“棱镜实验”之后，牛顿得出了如下的结论：“光本身是一种折射率不同的光线的复杂混合物”，“颜色不像一般所认为的那样是从自然物体的折射或反射中所导出的光的性能，而是一种原始的、天生的、在不同光线中不同的性质。”这就是说，光的颜色是由其单色分布决定。白光透过棱镜后之所以呈现出红、橙、黄、绿、青、蓝、紫诸色，是因为白光本来就是由这七种单色光组成，现在只不过是被分开来了，绝不是无中生有或由白光改变而成。
对今天的读者来说，这些实验和理论似乎都是老生常谈，可在当时却掀起了一场异常激烈的争论。
牛顿确立了颜色的理论后，色差的原因也就明白了。那么，能不能消除这一弊病呢？如果不同的物质具有一样的折射率，那么色差也许可以通过不同折射率透镜的组合得以消除。牛顿为此设计了一个实验：在一个注满了水的玻璃棱形容器里，放入了一个玻璃棱镜，以观测光线通过它们时折射是否会发生什么变化。牛顿设想，如果同不的物质有不同的折射率，那么这一水和玻璃的组合，肯定会使折射发生某些变化。
这种设想显然是十分合理的。但牛顿万万没有料到他选用的玻璃恰好与水有相同的折射率，所以尽管牛顿将这实验重复多次，他当然看不到折射会有什么改变。于是他犯了一个不可原谅的错误，即从有限的实验事实，得出一个普遍的推论：“所有不同的透明物质都是以相同的方式折射不同颜色的光线”；又由于折射必然引起色散，所以望远镜的色差问题是无法解决的。
如果问题仅及于此，我们也许还可以体谅牛顿的失误，但牛顿这次特别不谨慎，特别固执，这就不仅使他犯了错误，而且使他失去了改正错误的机会。当时有一位业余对光学很感兴趣的人，名叫卢卡斯，他重复了牛顿的上述试验。由于他用的玻璃与牛顿选用的玻璃品种不同，所以得到的实验结果与牛顿的实验结果大不相同。他十分惊奇，并将自己的实验结果告诉了牛顿。牛顿如果谨慎一点，把卢卡斯的实验详细了解一下，就可以明白问题出在什么地方。但他却固执地相信自己没有错，也不可能错。一次改正错误的宝贵机会就这样失去了。
牛顿死后，人们才发现牛顿的结论是错误的，明白了不同透明物质有不同的折射率，并用不同种的玻璃制成消色差有复合透镜。1758年，伦敦的光学仪器商J.多朗德经过多年努力，终于制成了消色望远镜，这一创举在当时轰动了整个欧洲。迄今，几乎所有精密光学仪器都运用复合透镜来达到消除色差的目的。
牛顿由于自己的不谨慎，使他失去了色散可变性这一重要的发现。不过他也有引以为慰的地方，那就是由于他认为改进折射望远镜无望之后，他却制出了反射望远镜。直到今天，世界上许多天文台都安装有大型的反射望远镜。
（二）
第二个案例是讲德国物理学家海因里希·赫兹（Heinrich Rudolf Hertz，1857—1894）一次失败的实验。
在一次纪念赫兹的演说中，量子论的创立者普朗克曾高度赞扬了赫兹，称他“是我们科学的领袖之一，是我们民族的骄傲和希望。”对这一崇高的赞誉，赫兹是当之无愧的，他所发现的电磁波，对于人类文明的贡献实在是太伟大了。
他的伟大不仅在于他杰出的贡献，而且也在于他那一贯的谦虚和富有自我批评的精神。他一贯反对把科学见解看成是不可动摇的僵死的东西，他在任何时候都不厌其烦地反复检验自己的实验观察，校准观察的结果。他有一句名言：
发现电磁波的德国物理学家海因里希·赫兹。
来源于实验者，亦可用实验去之。
在他短暂的一生中，尽管他也是一位卓越的理论物理学者，但他从来没有离开过实验室。那些众多的实验，有许多是成功的，并把他推向成功的顶峰；但更多的实验是失败的；也还有实验使他得出了错误的结论。成功也好，失败也好，它们都给我们显示了赫兹的研究风格，这种风格具有极重大的意义，它极大地影响了物理学后来的发展。
1873年，赫兹还只有16岁。这一年，麦克斯韦发表了《电磁学通论》。当时德国物理学界，仍然坚信牛顿的学说是绝对正确的，认为力只能是一种超距的作用，所以对于反对超距作用的麦克斯韦的理论，绝大多数物理学家持怀疑、否定的态度。但也有一些有见识的物理学家支持麦克斯韦的电磁理论，其中包括德国的玻耳兹曼（Ludwig Boltzmann，1844—1906）和赫姆霍茨（Hermann von Helmholtz，1821—1894）。非常幸运的是赫兹在读大学时，成了赫姆霍茨最欣赏的高材生。
1879年冬，柏林科学院根据赫姆霍茨的倡议，颁布了一项科学竞赛奖，根据竞赛题，要解决的问题是麦克斯韦部分理论的证明。赫姆霍茨希望赫兹能够应征参加竞赛。赫姆霍茨对赫兹说：
“这是一个很困难的问题，也许是本世纪最大的一个物理难题。你应该去闯一闯！”
年轻的赫兹受到老师的鼓动，很想试一试，但他毕竟太稚嫩，不知道该从哪儿下手。于是他问道：
“该从哪儿着手呢？”
老师回答说：“关键在于找到电磁波！要不然你就证明永远找不到它。”
赫兹答应试试看。但后来他做了一个近似计算以后，确信由于当时无法产生足够的快速电振荡，这个难题还暂时不能动手。他决定先从基础研究开始。
1883年，爱尔兰物理学家菲茨杰拉德（G.F.FitzGerald，1851—1901）提出了一个论断：如果麦克斯韦的电磁理论是正确的话，那么莱顿瓶（Leyden jar）在振荡放电的时候，就应该产生电磁波（electromagnetic waves ）。
赫兹这时正为找不到神秘的电磁波而苦恼万分，菲茨杰拉德的思想给了他以极大的启发。莱顿瓶在那时是一件很普通的仪器，每个实验室都有。这就是说，如果菲茨杰拉德的推断正确，那么产生电磁波就不是什么困难，剩下的关键问题就是如何将电磁波侦测出来。
1885年3月，他应聘到德国西南一个边境小城市的卡尔斯鲁厄大学任物理教授。开始的一年多时间，由于忙于备课、考试以及各种事务性工作，使他没有时间从事科研，所以侦测电磁波的工作也没有进行。赫兹为此十分苦恼，他曾在信中向父母诉苦：
“难道我也将成为在获得教授职位后，就停止任何创造的那些人中的一员吗？”
赫兹测出电磁波的试验线路示意图。英文字从下到上分别为：电池、开关、线绢、莱顿瓶、火花间隙、电磁波和接受环。
幸好这种情形到第二年夏季后就改观了。1886年，赫兹经过多次试验，制出了一个可以探测电磁波的电波环。它的结构非常简单，只不过是在一根弯成环状的粗铜线两端安上两个金属小球，小球间的距离可以进行调整。有了这个接受电波的环（receiving coil）以后，赫兹便开始了紧张的侦测电磁波的实验。
但是实验进行得很不顺利。由于他开始用的电波的波长太长，而且在室内进行，虽竭尽全力想消除室内不利的影响，但仍毫无效果。有一段时间，他甚至误入歧途，得出了与麦克斯韦理论相矛盾的结论。无数次失败并没有动摇赫兹的信心。他几乎是整日整夜地沉浸在实验之中。这期间他的艰苦可以从他写的一封信中看出：
无论从时间上还是从性质上，我都像一个工人在工厂里那样 工作，我上千次地重复每一个单调的动作，一个挨一个地钻孔、弯 扁铁，接下来还要把它们涂上漆……
到1888年1月，赫兹终于宣布，他成功地证实了麦克斯韦的理论，电磁波不仅找到了，而且还具有与光波相同的性质。
赫兹的实验公布以后，立即引起了全世界科学家的瞩目。使人信服的是赫兹的实验设备极其简单，任何怀疑的人都可以亲自动手进行证实。赫兹的成功，使他成了世界上最有名望的科学家之一。
电磁波被证实以后，有一些工程界人士对于其实用价值极感兴趣，但遗憾的是赫兹本人对这一点却持怀疑、否定的态度。
1889年12月，他的朋友胡布尔工程师曾写信问他，电磁波是不是可以用来进行通讯联系，他回答说：
“如果要利用电磁波进行通讯联系，那非得有一架和欧洲大陆面积差不多大的巨型望远镜才行。”
这一点赫兹可没说对。俄国科学家波波夫（A.C.Пoлoв，1859—1906）在技术开发和应用上要比赫兹有远见多了。他在赫兹否定电磁波可以用来通讯联系的同一年，就曾经在一次公开的演讲中明确地指出：
“人类的机能中还没有能够觉察电磁波的感觉器官，假如发明了这样的仪器，使我们能够觉察电磁波，那么电磁波就可以用来传播远距离的信号。”
果然，到1895年5月7日，波波夫在彼得堡的一次公开表演中，用他发明的第一台无线电接收器收到了雷电的电磁波。1896年3月24日，在俄国物理化学协会的年会上，他又用这个装置传送了世界上第一份有明确内容的无线电报，电文是：“亨利·赫兹”，传送距离为250米。
又过了五年，意大利的马可尼（Guglielmo Marconi，1874—1937）在1901年12月12日，已经可以用无线电报将“S”字母带过大西洋，传到3700公里的远处！
如果就在预言电磁波能否传送远距信息方面赫兹失误了，可以说是由于他在技术开发上是外行，那么，在阴极射线的研究上他的失误，就不能归咎于此了。
赫兹很早就对阴极射线的研究很感兴趣，尤其那令人惊叹的色彩，使他感受到一种令人激动的美的享受。在研究电磁波的同时，赫兹一直没忘怀那美丽的神秘莫测的光辉。当时研究的主要问题是：阴极射线是否携带电荷，亦即阴极射线到底是微粒性的，还是像光那样只是一种波？
赫兹于1892年宣称，阴极射线不可能是粒子，它们是一种波。赫兹当然不会随便乱说，他的信条是结论应“来源于实验”。说阴极射线是一种波，他是有实验根据的。为了验证阴极射线是否带电，他特意用一千个电池产生两千伏的电压，用以得到连续发射的阴极射线，然后他让阴极射线通过一对上下板加有240伏电压的平行板电容器。如果阴极射线是带电粒子组成，那它将在平行板电容器的电场偏转。但实验结果，阴极射线并没有偏转。
过了7年，即1897年，英国杰出的物理学家J.J.汤姆逊却用与赫兹差不多的实验设备，得出了确凿的、与赫兹相反的结论：阴极射线是一种带电的粒子流，而且他还相当准确地计算出这种带电粒子电荷和质量的比值e /m。这样，阴极射线本质的争论，就以汤姆逊的胜利而告终。
那么，赫兹的失误其原因何在呢？也许会有人问，汤姆逊的实验，现在每所高中都可以轻易做出来，为什么赫兹那样优秀的实验家却失败了呢？汤姆逊本人在他的回忆录中回答了这个问题：
“我使一束阴极射偏转的第一次尝试，是使阴极射线通过两片平行的金属板之间的电场。结果没有产生任何持续的偏转。”
这和赫兹的实验结果一样，是什么原因呢？汤姆逊解释道：
偏转之所以没有出现，是由于平行板电容器里有太多的气体存在。因此，要解决的问题就是要获得更高度真空。这一点说起来比做起来容易得多。当时高真空技术还处于发轫阶段。
汤姆逊正是在解决了高度真空这一技术难题之后，才终于使阴极射线 偏转成功。
杨振宁教授在谈到赫兹的这一失误时曾说道：“这段插曲最清楚地表 明了一个基本事实，技术的改进和实验科学的进展是相辅相成的。我们以后还会遇到这个基本真理的更多的例证。”
“来源于实验者，亦可用实验去之”，显然，赫兹本人并没有认为自己从实验得到的结论是永远正确的。
（三）
最后一个案例是关于有名的“弗兰克-赫兹”实验。这儿要请你注意的是，这儿的赫兹不是上一节的赫兹，这儿的赫兹是古斯塔夫·赫兹（Gustarv Hertz，1887—1975），是上一节海因利希·赫兹的侄子。古斯塔夫·赫兹在1925年与詹姆斯·弗兰克（James Franck，1882—1964）共同分享该年度诺贝尔物理学奖。他的叔叔海因利希·赫兹若不是英年早逝，几乎可以肯定会比他侄子更早获得诺贝尔奖。
弗兰克-赫兹实验在进行期间，发生了一件非常有趣的事情，连弗兰克后来回想起来都觉得不可思议。事情得从1911年讲起。
1911年，弗兰克和赫兹设计了一个实验，利用阴极射线管来测定原子的“电离电位”（ionization potential）。什么是“电离电位”呢？我们知道，原子由一个带正电的核组成，核外面则有数量不等的电子绕核旋转，就像一个太阳系一样，在太阳（核）周围有9大行星在不同的轨道上绕太阳旋转。有的电子在离核较近的轨道上旋转，又的则远离核的轨道上旋转。如果我们用其他速度很高的粒子（如电子、光子……）撞击原子，则原子核的电子就可能被撞击出这个原子，飞到其他地方去了。原子中少了一个电子，则整个原子就带一个正电，这个原子就成了“离子”（ion）。例如钠离子、氢离子、氯离子，写成化学符号就是Na+、H+、C1¯。
弗兰克和赫兹的办法是在电场中加速电子，当电场中的电位到达一定值的时候，电子的能量恰好达到可以将某原子核外的电子打出来，这时电场的电位值就称为“电离电位”。
弗兰克和赫兹的实验十分复杂，设计得也非常精巧，但专业性太强，这儿就不多说了。我们只需知道到1914年，他们两人认为他们测出了水银的电离电位，是4.9伏特。他们两人将实验报告发表了。
玻尔当时正在研究原子构造，而且刚刚提出了著名的“氢原子结构理论”，以后在1923年玻尔为此获得了诺贝尔物理学奖。1914年玻尔看到弗兰克和赫兹的文章以后，大吃一惊。因为根据他的理论推算出的水银电离电位是10.5伏，而不是4.9伏。如果弗兰克和赫兹是对的，那玻尔可就惨了，他研究了好多年的氢原子理论可能是错的！
但是，玻尔在仔细思考了弗兰克和赫兹的实验后，他相信自己并没有错，而是弗兰克和赫兹的实验有错。弗兰克和赫兹测出的4.9伏不是水银的电离电位，根据他的氢原子理论应该是水银原子最里面一层电子受到外界加速电子的撞击后，跳到最近一层轨道所需要的电位；这也就是说，4.9电子伏的能量并没有使水银原子中的电子跳出原子核的控制圈，水银原子中的电子只不过在核里面从最里面的电子跳到了最邻近的轨道上。
玻尔想到这儿不由大喜过望，因为他的原子结构理论提出来以后，很少有人相信，还有不少非常著名的物理学家指责玻尔在“瞎搞”，德国物理学家劳厄还宣称：
“如果玻尔的原子理论对了，那我就不再研究物理了！”
玻尔对劳厄的话到不很在意，但是他正苦于没有办法用确凿的实验来证实他的理论。现在好了，歪打正着，弗兰克和赫兹的实验正好可以证明那4.9伏的电位正好是他理论中“电子跃迁”时所需的最低电位。“电子跃迁”是玻尔原子理论中的一个非常重要的概念，指的是电子在原子里从一个轨道跳跃、迁移到另一个轨道的运动所需的能量。玻尔真个是欣喜若狂：有了这么精确的实验来证实自己的理论，真不啻天助吾也！
玻尔立即发表文章，指出弗兰克和赫兹弄错了，他们测的4.9伏的电位证实了他的氢原子结构理论。按道理说，弗兰克和赫兹应该感到高兴，因为如果他们的实验真的证实了玻尔的氢原子理论，那价值比测出一个电离电位不知大到哪儿去了。而且，玻尔的理论如果真的被他们的实验证实了，那玻尔就成了当代最伟大的物理学家之一，获得诺贝尔物理学奖肯定没有问题，连弗兰克和赫兹也会因此而大出其名，甚至也大有希望得到诺贝尔物理学奖。
也许读者会猜想：弗兰克和赫兹连忙承认玻尔是对的。恰好相反！弗兰克和赫兹坚持认为玻尔错了，认为4.9伏是水银的电离电位，而不是什么跃迁电位。
玻尔可着了急。怎么办呢？只好设法做实验，用更精确的实验证明弗兰克和赫兹的实验有误。
但他不是一个实验物理学家，尽管他急于想澄清这个大是大非的问题，却只能求助于实验物理学家。玻尔这时在英国曼彻斯特与他的恩师卢瑟福（Ernest Rutherford，1871—1937，1908年获得诺贝尔化学奖）在一起工作。在卢瑟福的敦促下，马考瓦（W.Makower）答应与玻尔一起对弗兰克和赫兹的实验结论做验证性实验。但马考瓦和实验室的一位德国玻璃工匠鲍姆巴赫（O.Baumbach）老是争争吵吵。鲍姆巴赫是一位了不起的高级技师，据说他能使卢瑟福的“darling”（心肝宝贝儿）a射线，能在各种玻璃装置里自由来去，如入无人之境。但他有一个最大的毛病是喜欢信口开河。在第一次世界大战爆发后，鲍姆巴赫经常嘴巴没遮拦地说，德国将会采取可怕的行动，英国人肯定会大吃苦头，以及其他一些威胁英国人的话。玻尔是丹麦人，而且性格温和，对鲍姆巴赫的话不在意；但马考瓦可就受不了，见鲍姆巴赫总是侮辱英国、威胁英国人，心中不由怒火中烧，常常不客气地叫鲍姆巴赫这个“敌国公民”把嘴管严一点，否则将“自食恶果”。但鲍姆巴赫照说不误，激烈的威胁话仍然自由自在地向外发泄。最终，他被拘留了。更加不幸的是，他们已经差不多快完成了的复杂而精巧的设备，在鲍姆巴赫拘留后，又被一场大火给烧毁了。接着，马考瓦又到部队服役。实验就这么惨兮兮地搁了浅。
幸好到1919年，美国的戴维斯（B.Davis）和古切尔（F.S.Goucher）用实验证实，弗兰克和赫兹错了，而玻尔是对的。
由此可知，当玻尔得知戴维斯和古切尔的实验结论后，该是多么高兴！他情不自禁地说道：
1919年，这个问题终于被纽约的戴维斯和古切尔两位出色的实验所解决。结果与我所设想的十分一致。我曾提到我们在曼彻斯特那次毫无结果的尝试，目的仅在于说明我们当时所面临的困难。我们那时的困难与家庭主妇对付的困难颇为相似。
1919年，弗兰克和赫兹正式承认：玻尔对他们实验结果的重新解释是完全正确的，而他们原来的解释大错特错。在1919年发表的题为《由慢电子与气体分子非弹性碰撞确认光谱中的玻尔原子理论》论文中，他们宣称他们重新审查了1914年的实验，证明了在实验中4.9伏加速电位差根本不能使水银原子电离。
一场规模不算太大，持续时间也不算太长的争论到此结束，一个划时代的原子理论却因而意外地被实验证实了。这真是“塞翁失马，焉知非福”！
通过这场争论，弗兰克被玻尔如此深刻的真知灼见所慑服，他以后多次公开地声称自己是玻尔的崇拜者。他甚至说，与玻尔不能接触太久，否则你将觉得自己过分无能而陷于失望和沮丧之中。弗兰克后来和玻恩一起在哥廷根大学工作，玻恩对弗兰克过分崇拜玻尔的行为，很不以为然，还批评过他好几次。
1922年，玻尔终于获得诺贝尔物理学奖；1925年而弗兰克和赫兹也获得了诺贝尔物理学奖。在颁奖授奖辞中，奥西思代表诺贝尔评奖委员会说：
玻尔在1913年的假设之所以取得成功，是因为它们不再仅仅是假设，而是被实验证实了的事实。证实玻尔基本假设的方法是J.弗兰克和G.赫兹发现的，他们因此而获得今年（1925年）的诺贝尔物理学奖。弗兰克和赫兹揭开了物理学的新篇章……
弗兰克在获奖演讲辞中则承认自己走了一段弯路，幸亏有玻尔来指点迷津：
我自己简直不能理解……我们未能纠正我们的错误，和澄清实验中依然存在的不确切之处。……后来我们认识到了玻尔理论的指导意义，一切困难才迎刃而解……