06.20 什麼讓科學家數十年來誤入歧途?

什麼讓科學家數十年來誤入歧途?

你是否知道,在科學界裡真正得到證明的事實其實出奇的少。然而,科研人員們通常掛在嘴邊的就是他們的理論有多少證據支撐。證據越多,理論就越紮實,就越容易為人所接受。

科學家們通常都會仔細地收集大量的證據,並充分測試自己的理論。但是在科學史上,也有一些重大案例,其誤導性證據將整個科學界都帶上歧途,讓人們相信後來被認定是完全錯誤的理論。日前,英國杜倫大學科技哲學副教授彼得·威克斯(Peter Vickers)專門撰文指出這一點,並列舉了令科學家們誤入歧途數十年難返的案例。

即便是有力證據也可能是誤導性的

科學家們收集證據的一種常用方法,是對某件事進行預測,並觀察該預測是否正確。不過要注意,也會有一種情況是預測結果是正確的,但科學家所利用的理論是錯誤的,這時就會出現問題。正如卡爾·波普爾(Karl Popper)和其他科學哲學大師經常強調的,看起來尤其冒險的預測如果被證明是正確的,就會看起來是非常強有力的證據。但歷史告訴我們,即便是非常有力的證據,有時候也有可能是誤導性的。

1811年,約翰·弗里德里希·梅克爾(Johann Friedrich Meckel)成功預測了人類胚胎會有鰓裂。這一冒險的預測似乎為他的理論提供了非常具有說服力的證據,他認為,人類作為“最完美的”生物體,其發展階段對應著每個“不夠完美的”物種(魚、兩棲動物、爬行動物等)。

威克斯在文章中指出,的確,每個人類胚胎在發展過程中頸部會有裂縫,看起來像是鰓。幾乎可以確定是因為人類和魚共享著部分DNA和共同的祖先,而不是因為人類為了實現生物的完美進化,在母體子宮裡經歷了“魚的階段”,作為人類發育的一部分。

但是在1827年發現胚胎存在頸部裂縫之後,當時的證據讓梅克爾的理論顯得更具有說服力。這一理論的盛行一直延續到19世紀下半葉。當查爾斯·達爾文的進化論逐漸成為理論主流後,人們才徹底明白,梅克爾的線性生物完美理念是完全站不住腳的。

另一個案例是18世紀地質學家詹姆斯·赫頓提出的理論,他認為,地球就像一個生物有機體,會一直不間斷地進行自我複製,為人類無限地提供可居住的世界。基於他的這一理論,赫頓成功地預測了花崗岩的紋理會穿過其它岩土層並與之相混合。同時,他也成功預測了角度不整合這一現象,即新的岩土層與其緊挨著的下層舊岩土層的角度非常不同。

赫頓的理論在各個角度上都與當代思考格格不入。首當其衝的是,地球並不是為人類而設計的。當然,當時的赫頓也還沒掌握板塊構造論的概念。

不過,儘管他的理論漏洞百出,但預測卻是準確的,因此也非常具有影響力。事實上,在100年後人們追求真理之時,赫頓的理論仍然不乏追隨者。直到19世紀末,地球收縮說才將其最終趕出歷史舞臺,該學說(錯誤地)解釋了山和谷的形成是由於地球在冷卻的同時逐漸收縮。

數字證據也未必全都靠譜

梅克爾和赫頓的預測是基於謬論。但也有的誤導性證據卻是基於方程式,而且造成了較為嚴重的影響。

例如,當尼爾斯·玻爾(Niels Bohr)在1913年正確預測了離子化氦吸收和釋放特定顏色光的頻率,據傳,當時愛因斯坦評論道:“那玻爾的理論必然是正確的。”

玻爾的預測可以立即說服愛因斯坦等人,因為它們在多個小數點後都是正確的。但是現在我們知道,這由此產生了存在很大缺陷的原子模型(電子準確地繞著原子核轉圈)。玻爾很幸運:儘管他的模型在根本上是錯誤的,但其中也存有一些真理的精髓,足以讓他對離子化氦的預測成真。

但可能最引人注目的例子是阿諾·索末菲(Arnold Sommerfeld)對玻爾模型的發展。索末菲更新了這一模型,提出電子軌跡是橢圓的,並根據愛因斯坦相對論進行了相應調整。這似乎比玻爾的簡單模型更為現實。

如今,我們知道電子實際上並不圍繞著原子核轉。但20世紀早期的科學家把電子想作非常小的微型球體,並認為其運動可以參考實際球體的運動軌跡。

這在後來被證明是錯誤的:現代量子力學理論告訴我們,電子是非常神秘莫測的,它們的行為與人類日常接觸到的理論根本不沾邊。原子中的電子甚至不會在某個準確時間佔據某個準確位置。正如著名評論所說:“如果你認為自己理解量子力學,你就錯了!”

因此,索末菲的理論核心存在著根本性問題。然而,1916年,索末菲利用他的模型基礎提出了一個方程式,卻得以正確描述氫吸收和釋放光的顏色模式的細節。該方程與保羅·狄拉克(Paul Dirac)在1928年所給出的公式一模一樣,而狄拉克利用的則是相對論量子力學的現代理論。

該結果一直被物理學界認為是一大驚人的巧合,很多人都在嘗試以各種方法去理解這一巧合為什麼會發生。不用說,索末菲令人難以置信的成功預言讓當時很多科學家都對其理論篤信不疑。

因此,儘管事實上後來挖掘出的證據都證明這些理論是不正確的,但我並不認為我們應該指責這些科學家犯了錯誤。他們做到了“跟著證據走”,這也正是一名優秀的科學家應該做的。當時的他們並不知道,正是這些證據將他們領入歧途。

當然,威克斯所舉出的幾個案例並不是為了說明科學是不值得信任的。他指出,一般很少有證據是完全誤導別人的,而且通常,徹底錯誤的理論並不能形成準確、成功的預測(其預測也往往是完全錯誤的)。他說,科學是一個不斷完善的過程,從長期來看,能夠消除毫無用處的迂迴曲折。而且我們都知道,即便最值得信任的有時也會讓我們失望。


分享到:


相關文章: