那些將科學家引入歧途的“完美”證據

撰文:Peter Vickers

在科學中,真正被證實的事實其實少得驚人。科學家常用的措辭是他們已為某一理論收集到了多少

證據。證據越多,理論就越強大,也就更容易被接受。

科學家通常會非常小心謹慎地收集大量的證據,以對他們的理論進行徹底詳盡地檢驗。但在科學史上,也出現過少數一些由於關鍵性證據出錯,而徹底誤導了整個科學界的事例。

科學家收集證據的一種常見方式是對某件事情進行預測,看看它們是否正確。當他們使用的理論錯誤、但預測卻正確時,麻煩就出現了。就像卡爾·波普(Karl Popper)和其他科學哲學家經常強調的,那些看上去風險很大卻又正確的預測,更像是有力的證據。但歷史教導我們的是,即使是非常有力的證據也可能具有誤導性

那些將科學家引入歧途的“完美”證據

1811年,德國解剖學家Johann Friedrich Meckel曾預言人類胚胎會有鰓裂。這無疑是一個具有風險的預測,但這卻為他的理論——人類作為“最完美的”生物體,是從一個個“不甚完美”的物種階段(魚類、兩棲類、爬行動物等)發育而來的——提供了非常有利的證據。

而碰巧的是,人類胚胎的早期階段,確實會在脖子上出現看起來像鰓一樣的裂縫。這一點幾乎是可以肯定的,因為人類和魚類本來就擁有部分共同的DNA和一個共同的祖先,而不是因為我們在母體子宮內發展時——會朝著所謂的“生物完美”發展,並在這個過程中經過一個“魚階段”。

但當胚胎頸部的縫隙於1827年被發現後,這一證據讓Meckel的理論變得更具說服力。直到19世紀下半葉,達爾文的進化論被正式確立之後,人們才徹底搞清——Meckel所主張的“線性的生物完美系”的思想,是完全站不住腳的。

那些將科學家引入歧途的“完美”證據

另一個例子發生在18世紀,當時被譽為“現代地質學之父”的James Hutton認為地球就像是一個會不斷進行自我複製的生物體,能無止境地為人類提供一個可居住的世界。基於他的這一理論,Hutton成功地預測到,花崗岩的脈絡會穿過其他岩石層並與它們混合。他還成功地預測了角度不整合,一種指新岩石層與在它下面的舊岩石層以非常不同的角度相交的現象。

與當代思想相比,Hutton的理論在各個方面都是錯誤的。其中最顯而易見的就是——地球不是為人類而設計的。而且很明顯Hutton也不知道板塊構造論的概念。

儘管他的理論錯了,但他的一些預測卻是成功的,並且還具有很大的影響。事實上,在他提出理論之後的一百年間,有很多人都接受這一套說法。直到19世紀後期,這一理論才被地球收縮說全盤推翻,該理論(錯誤地)認為山谷和山脈是因地球冷卻時的逐漸收縮而形成的。

那些將科學家引入歧途的“完美”證據

Meckel和Hutton的預測都是基於不正確的論點。但也有一些誤導性的事件是由方程式而導致的。例如玻爾在1913年預測了被電離的氦所吸收和放射的特定顏色的光的正確頻率。很快,他的預測就被眾人所接受,因為這些預測結果在小數點後的幾位數值都正確無誤。但是後來我們知道,這些結果是從一個有著巨大缺陷的原子模型中得出的,在那個模型中,電子會繞著原子核做圓周運動。而幸運的是,儘管玻爾模型存在一些基本錯誤,但卻又包含了一些真相的要點,於是正好能對電離氦作出正確預測。

更戲劇性的例子是Arnold Sommerfeld對玻爾模型作出的延伸。在Sommerfeld的模型中,他將電子軌道橢圓化,而且還根據愛因斯坦的相對論對該模型作出了進一步調整。所有一切都比簡單的玻爾模型更加真實。

今天,我們知道電子根本不會真的繞著原子核運行。但在20世紀初期,科學家曾把電子視為非常小的球,並假定它們的運動與實際球的運動相當。

事實證明這並不正確:現代量子力學告訴我們,電子非常神秘,它們的行為無法與日常生活中的任何概念相匹配。原子中的電子甚至不會在確切的時間處於一個確切的位置。正是因為這些奇異的特性才有那句著名的“

如果你認為你理解量子力學,那麼就說明你沒懂”。

因此,Sommerfeld的理論在其核心上存在一個根本性的誤解。然而,在1916年,Sommerfeld基於他的模型推導出了一個方程,該方程正確的預言了氫光譜線的頻率。該方程與狄拉克在1928年使用現代相對論性量子力學得出的方程完全相同

這一結果一直被認為是物理學界中一個不可思議的巧合,很多研究仍在試圖解釋這種結果上的一致性是如何發生的。毋庸置疑的是,Sommerfeld作出的令人難以置信的成功預測,使當時許多科學家都相信他的理論是對的。

儘管後來的證據證明了這些理論的錯誤,但這並不表明這些科學家就做錯了。他們只是依據了證據,而這正是一個好的科學家應該做的。他們無從知道這些證據會將他們引入歧途。

我們顯然不能因為這幾個例子就認為科學是不可信的。證據具有誤導性只是少數情況,通常來說,在根本存在錯誤的理論是無法產生成正確的預測的(通常它們會產生完全荒謬的預測)。科學就是一個不斷完善的過程,最終,那些無益的曲折都將被消除。而我們也深知並該理解,即使是最值得信賴的人,也偶爾會有讓我們失望的時候。

翻譯:二宗主


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