s在1915年11月11日至18日之间,阿尔伯特·爱因斯坦开始做了一个简短的计算。在14个步骤中,他分析了水星的轨道,以解释一个让天文学家困惑了50多年的微小异常。
整理天体力学的一个微小细节似乎并不令人兴奋,但爱因斯坦告诉朋友们,当他看到最后出现的数字,证实他的理论与观测相符时,他感到自己的心真的在胸口颤抖。原因:对水星轨道的正确分析是他对引力的解释——广义相对论的第一次确认。这就像理查德·费曼后来说的,科学是有用的。他会说,这是“一种发现事物的特殊方法”。但它有什么特别之处呢?它的答案得到肯定或否定的方式:“观察是判断”——这是教义问答中唯一的判断——“事物是这样还是那样”。1.
这就是每一位初学的科学家所学会的所谓的科学方法,就像这本在线指南所说的那样:你“构建一个假设”以“用实验”(或观察)进行检验,然后你“分析结果”并“得出结论”。如果结果与你的预期不符,回到第一步。
按照这样的布局,科学方法变成了一台智能挤出机:数据在一端,知识在另一端。只有一个问题:即使是阿尔伯特·爱因斯坦在控制室工作,科学也不是这样的。
瓦肯的理由太强烈了,仅仅凭观察似乎无法摧毁这样一个美好的想法。
看看为什么,想想那些在爱因斯坦之前解决水星问题的人。厄本·让·约瑟夫·勒维里尔是19世纪中叶最伟大的数学天文学家。1846年,他“在笔尖”发现了海王星——利用牛顿引力定律预测了一个看不见的天体的存在,该天体对天王星的引力作用可以解释已知行星轨道的抖动。九年后,他分析了水星的运动,发现了另一个异常现象——它的轨道发生了微小的变化,这是金星、木星或太阳系中任何其他物体都无法解释的。Le Verrier用他找到海王星的同样逻辑,再次预言了一颗离太阳非常近的看不见的行星的存在。那个假想的物体很快就得到了一个名字:火神。
这一连串的推理是无可挑剔的,而且在预测数月后的第一批瓦肯人目击报告到达时显然得到了证实。勒维里尔本人证实了第一个说法,尽管在接下来的二十年里宣布的十几个或更多的“发现”中没有一个被复制,但直到他去世之前,他仍然相信瓦肯的现实。
最后一个确信自己确实看到了火神星的人是著名的小行星猎人詹姆斯·克雷格·沃森,他是密歇根天文台的主任。在1878年的一次日全食中,沃森看到了非常接近太阳边缘的“一颗红色的恒星,我估计它的星等是4½”——这正是火神星应该存在的地方。
两年后,沃森去世了,就像勒维里尔在坟墓前确信自己发现了一颗新行星一样。两人都是优秀的科学家,勒维里埃是一位伟大的科学家。Le Verrier进行了极其困难的计算,将牛顿理论应用于现实的细粒度结构。他预言火神的逻辑是无可挑剔的。他对水星轨道上的异常现象的认识过去是正确的,现在仍然是正确的:水星轨道确实在摆动,正如他所说的那个样。
沃森做了费曼认为应该做的事:用对自然的直接观察来检验理论。但在这里,科学方法作为制造知识的完美机器的简单图景被打破了:两人都不接受自然试图给出的结论。关于火神的论据似乎太有力了,仅凭观察就能破坏如此美妙的想法。他们想要相信,他们也确实相信了,直到最后。
正是这种思想的冲突,而不是一些令人困惑的观察,使他获得了最终的奖项。
为什么?因为,简单而毫不奇怪,科学家和任何人类一样,都会思考和感受。他们受欲望、抱负、对感知到的美的愉悦的支配。从长远来看,爱因斯坦最终提出了一个新的想法来取代牛顿的想法,从而解释了似乎要求火神科学真正自我修正的反常现象。然而,人类的希望和期望日复一日地限制着任何一位科学家能够接受的东西,这不是对个人或企业的控诉。相反,这是不完美的人类如何集体地(断断续续地)实现对物质世界越来越准确的把握。
即使是最伟大的科学家也是如此,即使看起来像是一个突破的东西实际上是一个。在科学方法的卡通版本中,爱因斯坦对引力的追求应该始于意识到水星的不当行为暗示了牛顿引力的问题。但事实并非如此。相反,爱因斯坦注意到他的第一个伟大成果,狭义相对论和牛顿的思想之间的矛盾。正是这种思想的冲突,而不是一些令人困惑的观察,使他获得了最终的奖项。
在21世纪,火神只是无数看似合理却没有成功的想法中的一个——它和那些支持它的人一起,大多被遗忘了。广义相对论是科学史上最伟大的个人成就之一。然而,勒维耶和沃森都为瓦肯在他们的数学和望远镜里的出现而激动不已;当爱因斯坦意识到他刚刚捕捉到一个在他之前没有人见过的大自然时,他的心跳了起来。在这种情况下是没有办法的。但是有很多科学——就像科学家们生活的那样。
Thomas Levenson是麻省理工学院的科学写作教授。他还是一名作家和纪录片制作人;他最近的一本书是《寻找火神》。
参考文献
1.费曼,R。一切的意义Basic Books,纽约,纽约(1998)。