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幽灵星球的教训

瓦肯向我们展示了超越科学方法的科学。

在1915年11月11日至18日之间的某个时候,阿尔伯特·爱因斯坦开始了一个简短的计算。他用14个步骤分析了……的轨道

年代在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

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这是每一个初学的科学家学会称之为科学方法的方法,就像这篇在线指南所说的:你“构建一个假设”,然后“用实验(或观察)进行测试”,然后你“分析结果”和“得出结论”。如果结果不符合你的期望,就回到第一步。

这样一来,科学方法就变成了一台智力挤压机:一端是数据,另一端是知识。只有一个问题:科学——即使是在阿尔伯特·爱因斯坦的控制下——也不是这样运作的。

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。

要知道为什么,想想那些在爱因斯坦解决这个问题之前研究水星的人。勒维耶是19世纪中期最伟大的数学天文学家。1846年,他“在笔尖”发现了海王星——利用牛顿的万有引力定律预测了一种看不见的天体的存在,它对天王星的引力可以解释已知行星轨道的摆动。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。勒维耶用他发现海王星的相同逻辑,再次预测了一颗离太阳很近的看不见的行星的存在。这个假想的物体很快就有了一个名字:火神。

推理的链条是无可挑剔的,而且显然在预言的几个月后,第一批关于瓦肯星的目击报告到达时得到了证实。勒维耶本人也证实了第一个说法——尽管在接下来的20年里宣布的十几项或更多的“发现”没有一个被复制,他仍然坚信瓦肯的存在,直到他去世。

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,就像勒维耶在入土时坚信自己发现了一颗新行星一样。两人都是优秀的科学家,勒维耶无疑是一位伟大的科学家。勒维耶进行了极其困难的计算,将牛顿的理论应用到现实的细粒度结构中。他预测瓦肯星的逻辑是无可挑剔的。他对水星轨道异常的识别是正确的,现在仍然是正确的:水星轨道确实会抖动,就像他说的那样。

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。

正是这种思想上的冲突,而不是令人困惑的观察,使他得到了最终的奖赏。

为什么?因为,简单而又不出所料,科学家和任何人一样,既能思考又能感觉。他们受欲望、野心和感知美的愉悦所支配。从长远来看,当爱因斯坦最终提出了一个新观点来取代牛顿的观点,并由此解释了似乎需要瓦肯的反常现象时,科学确实是在自我修正。然而,随着时间的推移,人类的希望和期望限制了任何一个科学家能够接受的东西——这并不是对个人或企业的控诉。相反,它是不完美的人类集体(或断断续续)如何逐步更准确地把握物质世界的。

即使对最伟大的科学家来说也是如此,即使看起来是一项突破,实际上也是如此。在科学方法的卡通版中,爱因斯坦对万有引力的追求应该是从认识到水星的不当行为表明牛顿的万有引力存在问题开始的。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存在矛盾。正是这种思想上的冲突,而不是令人困惑的观察,使他得到了最终的奖赏。

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。他还是一位作家和纪录片制片人;他最近的一本书是《寻找火神》。


参考

1.费曼,R。一切的意义Basic Books,纽约,纽约(1998)。

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