豆瓣9.1:從一顆行星的登場到落幕,看科學探索之路的守舊與變革

Vulcan是羅馬神話中的火與工匠之神,古羅馬十二主神之一。

相傳Vulcan才智超群且天生具有強大的控火能力,能輕而易舉地冶煉出各式威力無窮的神器,武器代表了諸神的作戰能力,而作為武器鑄造之神的Vulcan,可以說是間接掌控了諸神的職權,因此Vulcan擁有不容置疑的權威。

無獨有偶,在華夏上古諸神的傳說中,同樣有一位司掌火種之神,名曰“祝融”。

在天文學界,從天王星Uranus,到海王星Neptune,從木星Jupiter到土星Saturn……似乎用古代神祗的名字為新發現的天體命名已達成了共識。

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而作為權力象徵的Vulcan,此前一直沒有合適的星體與其名相匹配,直到1860年2月,一顆處在太陽烈焰之中的冉冉新星被光榮地冠以Vulcan之名,而這顆自帶火神光環的榮耀之星,就是我們後來所說的祝融星。

然而幸運之名並未給祝融星帶來好運,從它的登場到落幕,僅用了短短50餘年的時間,但這幾十年的光景對於天文學界來說,卻演繹了一場翻天覆地的變化。

豆瓣評分9.1的這本書——《追捕祝融星》,出自美國麻省理工學院教授托馬斯·利文森之手,以尋找祝融星的身世之謎為線索,講述了科學家們如何通過固執的行為捍衛根深蒂固的理論權威,又如何被愛因斯坦的智慧打破僵局與偏見,帶領人類進入新世界的過程。不得不說,這是一本兼具趣味性與啟發性的作品,值得推薦。

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01、祝融星的來龍與去脈

故事還得從牛頓開始說起。

1674年11月的劍橋,寒流持續的時間似乎比以往更久一些,在三一學院巨亭東北角一個陰冷的房間裡,牛頓用急促的筆端刷刷寫下9頁密密麻麻的數學推導公式,題為《論物體在軌道上的運動》,標題似乎並不出彩。

但當他將這滿滿的9頁紙遞給一旁等待的哈雷時,哈雷卻為之一驚,難以掩蓋心中的激動之情!

該篇論文不僅解釋了行星運動軌道的問題,還勾劃出更加宏偉壯闊的圖景——宇宙萬物運動的新科學,這就是人們後來熟知的“牛頓萬有引力定律”。

牛頓用萬有引力精確地描述了地球上水果為什麼落地,印證了海洋週期性的潮起潮落、準確計算了衛星、彗星和行星在夜空中的運行軌跡……關於宇宙世界的命題,均在其解釋範圍。

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然而水星軌道的異常卻打開了潘多拉的魔盒,能解釋萬物的“萬有引力”竟無法測定水星進動的計算殘差!

到底哪裡出了問題?

牛頓定律作為理論基礎是不容置疑的,否則整個宇宙秩序就將遭到破而壞推到重來,對於牛頓的信奉者來說這是無法想象的。

最忠實的追隨者勒威耶於是從水星著手,提出了水星軌道存在一定質量的天體的假設,從而擾動了它的運行。

然而這一天體究竟多大、運行軌道、質量幾何?卻無人知曉,因為沒有人能證實他的存在。

但世界秩序不容破壞,為了維護這一假設,科學家們將這一腦海中想象出來的天體命名為“祝融星”。

殘差終究是殘差,再怎麼想象仍然無法有效填補定律缺陷,因為科學需要遵循理論與現實的完美契合。

於是在接下來長達50多年的時間裡,仍然有不少科學家前仆後繼地去追尋祝融星的蹤跡,試圖拼湊出牛頓力學體系的完美藍圖,但依然未果。

直到1915年,愛因斯坦的研究直接顛覆了牛頓體系,他回答了關於引力的解釋中最關鍵的問題,引力並非牛頓力學中所描述的神秘超距力,而是建立在時空幾何的基礎上,進而完美證明了水星進動其實是時空彎曲所致,並非祝融星擾動的結果。

這就是鼎鼎大名的愛因斯坦廣義相對論,廣義相對論的登場意味著祝融星的終結,這顆困擾了天文學界半個世紀之久的“薛定諤的行星”,最終被劃出史冊。

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02、牛頓的絕對擁護者

科學家們對牛頓的擁戴無異於奧林匹斯山上諸神對Vulcan的臣服,是一種對至高無上權威的迷信。

法國數學家路易.拉格朗日曾經評價“牛頓是有史以來最偉大的天才,也是最幸運的一個。因為我們無法再為世界尋找別的體系了。”

拉朗格日道出了一個很重要的原因——沒有別的體系比牛頓體系更好地去解釋這個世界。

因此牛頓的力學理論乃至思想才會被眾多追隨者奉為圭臬,甚至成為世人近乎魔幻的信念。

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但對牛頓的絕對擁護與捍衛,難道就只基於這個原因?不,遠不止於此。

從哈雷到拉普拉斯再到勒威耶,或多或少在牛頓理論及思想的基礎上收穫了既得利益。

哈雷先後花了三年時間為牛頓印製了《原理》這本宏偉鉅著,在該書出版之時,哈雷還不忘運用自己身為編輯的特權,為牛頓的史詩撰寫了序言,也為自己在科學史上刻上濃重的一筆。

拉普拉斯藉助牛頓萬有引力證明了太陽系是可以被理解的,後著有《宇宙體系論》,提出了對後來有重大影響的關於行星起源的星雲假說。

勒威耶運用萬有引力定律發現了海王星,使其從一個普通的捲菸廠工程師一躍成為一流的天文學家。海王星的發現讓勒威耶迎來了職業生涯的高光時刻,從此名聲鵲起,繼而掌握了大權,最終統掌了法國的天文機構。

於是他們更加篤定,牛頓萬有引力是主宰一切的上帝之手。

面對無法解釋水星異動的萬有引力,他們曾試圖通過多種假設去試圖挽救這個基礎理論,但卻沒有人願意重新思考並質疑萬有引力的合理性,依舊維持著萬有引力支配下的宇宙秩序,用一顆想象中的行星掩蓋了半個世紀的真相,祝融星儼然成了守舊者們最後的救命稻草。

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03、打破僵局的愛因斯坦

“嘭!”這是衝破思想壁壘的一聲轟鳴,也是愛因斯坦丟出的一枚“原子彈”,經過不斷裂變形成的巨大能量直接撼動了以牛頓為核心的科學體系。

就對於追捕祝融星的荒誕行徑來說,勒威耶等人缺少的不是事實,而是從另一個角度解釋該行星不存在的思路。

在過去的科學研究中,新的科學成就總是建立在前人舊的理論基礎之上,這就導致為什麼研究者不敢輕易去批判與質疑前者,一旦基石站不住腳,後面建造的大廈也可能隨之坍塌。

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愛因斯坦的出現無疑給我們展示了一種難能可貴的思考方式,安穩單調的專利局工作並沒有磨滅愛因斯坦的求知天性,他不停地探索、嘗試、改進、革新,以尋求科學之真理,這種倔強的科學精神與廣義相對論的偉大成就一樣無可匹敵。

科學革命本質上是科學思維方式的革命,這是推動人類科學進步亙古不變的真理。

哥白尼勇於提出“日心說”,才打破了長期以來居於宗教統治地位的“地心說”迷信,實現了天文學的根本變革,建立了近代自然科學體系;

伽利略敢於挑戰亞里士多德的權威,抵抗宗教教皇的迫害,推導出單擺的週期公式和向心加速度的數學表達式,開創了以實驗事實為根據的近代科學;

廣義相對論敢於質疑牛頓力學的不足,從根本上解釋了物理學領域的時空和引力問題,並廣泛運用於現代生活,小到GPS系統定位,大到人類航天儀器研製,極大地推動了科技進步,並奠定了現代物理學的根基。

如《愛因斯坦傳》裡所言“迷信權威是真理最大的敵人”,敢於衝破思想囚籠、挑戰世俗權威,這才是作為科學巨人最寶貴的財富。

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結語

祝融星的落幕已有百餘年,時至今日,已鮮少人會討論一個世紀之前天文史冊上還出現過這樣一顆行星,但祝融星事件卻給了我們一個重要的警示:嚴密、理性的科學世界容不得毫無根據的主觀臆斷與幻想,更談不上有絕對需要服從的權威,只有不囿於窠臼、勇於打破傳統,才是推動科學不斷髮展的動力。

同時這也是一種不畏浮雲遮望眼的科學精神,正如1917年6月3日一個迷霧籠罩的早晨,愛丁頓給愛因斯坦發出的一封電報,簡簡單單卻意味深長的七個字——“透過雲層,有希望”

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