太陽(yáng)和水星之間存在一顆“火神”？

托馬斯·萊文森

1915年11月11日至18日，愛(ài)因斯坦做了一個(gè)簡(jiǎn)短的計(jì)算：他用了14步對(duì)水星軌道進(jìn)行分析，解釋了50多年以來(lái)讓天文學(xué)家感到棘手的一個(gè)反常現(xiàn)象。

發(fā)現(xiàn)天體運(yùn)行機(jī)制的一個(gè)小細(xì)節(jié)不至于讓人們大驚小怪，但是愛(ài)因斯坦和朋友說(shuō)，當(dāng)他看到最后的計(jì)算結(jié)果，確認(rèn)他的理論和實(shí)際觀察結(jié)果一致時(shí)，他的心臟“不由自主地顫抖”。原因是：對(duì)水星軌道的正確分析首次驗(yàn)證了他的廣義相對(duì)論，即物質(zhì)間引力的相互作用。正如理查德·費(fèi)曼后來(lái)對(duì)科研方法的評(píng)價(jià)：“這是一種解釋事物本質(zhì)的特殊方法。”那么，是什么使得其特殊？是其結(jié)果的不確定性。也許被肯定，也許被否定，最終的評(píng)判正如費(fèi)曼所言，是“觀察才是對(duì)事物本質(zhì)最好的判斷”。

剛接觸科研工作的科學(xué)家把科研方法稱為“科學(xué)”，其步驟不過(guò)就是老生常談的那一套：首先“建立假設(shè)”，然后“用實(shí)驗(yàn)（或觀測(cè)）測(cè)試假設(shè)”，最終“分析結(jié)果”并“得出結(jié)論”。如果結(jié)論和預(yù)期不相符，就又回到了第一步。

依循這些步驟，科研方法就成了“知識(shí)制造機(jī)”：數(shù)據(jù)進(jìn)去，知識(shí)出來(lái)。但是這里面有一個(gè)問(wèn)題：即使科研人員是愛(ài)因斯坦，真正的科學(xué)并不遵循這些模式。

看起來(lái)“火神”的存在太有科學(xué)依據(jù)了，僅僅依靠觀察來(lái)推翻這樣完美的假設(shè)不能讓人接受。

為什么這樣說(shuō)？看看在愛(ài)因斯坦發(fā)現(xiàn)答案之前那些研究水星的天文學(xué)家都做了什么。勒維耶是19世紀(jì)中期偉大的天文數(shù)學(xué)家。1846年，他用純運(yùn)算的方式發(fā)現(xiàn)了海王星（借助牛頓的萬(wàn)有引力定律預(yù)測(cè)了這顆肉眼看不到的行星的存在，它產(chǎn)生的引力使得天王星偏移其已知軌道）。9年之后，他分析了水星的運(yùn)動(dòng)軌跡，又發(fā)現(xiàn)了一處不合常規(guī)之處——水星在其運(yùn)動(dòng)軌道發(fā)生的偏移不可能是金星、木星或者太陽(yáng)系其他行星引起的。根據(jù)發(fā)現(xiàn)海王星的邏輯，他推測(cè)離太陽(yáng)不遠(yuǎn)的地方有一顆肉眼看不見(jiàn)的行星。這顆假想的行星馬上被命名為“火神”。

對(duì)“火神”環(huán)環(huán)相扣的推理過(guò)程看似完美無(wú)瑕。僅僅幾個(gè)月后，隨著第一份觀測(cè)報(bào)告的出現(xiàn)，“火神”的存在基本被確認(rèn)。勒維耶認(rèn)可了第一份觀測(cè)報(bào)告，盡管在接下來(lái)的20多年中出現(xiàn)的十幾項(xiàng)對(duì)“火神”的新發(fā)現(xiàn)沒(méi)有任何重合之處，他仍然對(duì)“火神”的存在深信不疑，直至去世。

最后一位相信“火神”存在的天文學(xué)家是著名的流星觀測(cè)者詹姆斯·克雷格·沃森，他是密歇根天文觀測(cè)臺(tái)的主任。在觀測(cè)1878年發(fā)生的一次日全食中，沃森在太陽(yáng)的邊緣上發(fā)現(xiàn)了“一顆紅色星球，星等約為4.5”——這正是“火神”應(yīng)該出現(xiàn)的地方。

2年之后，沃森和勒維耶一樣，帶著對(duì)“火神”的堅(jiān)定信念闔然長(zhǎng)逝。兩人都是優(yōu)秀的科學(xué)家，勒維耶更是公認(rèn)的偉大人物：他把牛頓萬(wàn)有引力定律用于分析現(xiàn)實(shí)世界中的精細(xì)結(jié)構(gòu)，進(jìn)行了無(wú)比復(fù)雜的計(jì)算，其對(duì)“火神”的預(yù)測(cè)無(wú)懈可擊。實(shí)際上，勒維耶發(fā)現(xiàn)的水星軌道的偏移自始至終都是正確的，因?yàn)樗沁\(yùn)行軌道的確發(fā)生了偏移。

沃森做了費(fèi)曼認(rèn)為科學(xué)家應(yīng)該做的事：通過(guò)對(duì)客觀事物的直接觀測(cè)來(lái)檢驗(yàn)理論的正誤。但就在這件事上，程序化科研形成的“知識(shí)制造機(jī)”發(fā)生了故障：勒維耶和沃森都不接受來(lái)自自然的、客觀的結(jié)論。看起來(lái)“火神”的存在太有科學(xué)依據(jù)了，僅僅依靠觀察來(lái)推翻這樣完美的假設(shè)不能讓人接受。他們相信自己的發(fā)現(xiàn)是正確的，自始至終都相信。

正是這種理論上的沖突， 而不是觀測(cè)帶來(lái)的質(zhì)疑， 最終給他帶來(lái)成功。

為什么？顯而易見(jiàn)，科學(xué)家和普通人一樣，有思想有感受，他們也有欲望、野心，追求成功帶來(lái)的快樂(lè)。長(zhǎng)期來(lái)看，科學(xué)是不斷自我修正的，正如愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論取代了牛頓的萬(wàn)有引力理論，提出了不需要“火神”的存在同樣可以解釋水星軌道偏移的觀點(diǎn)。但是就某一時(shí)期來(lái)說(shuō)，人的期待總是把個(gè)人發(fā)現(xiàn)強(qiáng)行賦予人類(lèi)——這絕對(duì)不是指責(zé)個(gè)人或者整個(gè)科學(xué)界，因?yàn)槿藗児餐剿魑镔|(zhì)世界、不斷接近真相的過(guò)程總是不完美的。

即使偉大的科學(xué)家在真正做出突破的時(shí)候也是不完美的。在展示科研方法的動(dòng)畫(huà)中，愛(ài)因斯坦本應(yīng)該從水星的軌道偏移出發(fā)，對(duì)牛頓的萬(wàn)有引力提出質(zhì)疑，但事實(shí)不是這樣。相反，愛(ài)因斯坦注意到他的狹義相對(duì)論和牛頓的理論有矛盾的地方。正是這種理論上的沖突，而不是觀測(cè)帶來(lái)的質(zhì)疑，最終給他帶來(lái)成功。

“火神”的存在貌似科學(xué)，實(shí)為謬誤——21世紀(jì)有無(wú)數(shù)這樣的理念。這顆不存在的星球已經(jīng)逐漸被人淡忘，連同那些因?yàn)槠浍@得殊榮的人。在科學(xué)的歷史上，廣義相對(duì)論成為最偉大的個(gè)人成就。然而，勒維耶和沃森在計(jì)算和觀測(cè)過(guò)程中，都為“火神”的存在興奮不已;愛(ài)因斯坦“心臟的顫抖”是因?yàn)樗庾R(shí)到他驗(yàn)證了前人從未發(fā)現(xiàn)的自然真相。在科學(xué)發(fā)現(xiàn)的重大時(shí)刻，沒(méi)有什么方法可言，科學(xué)家要面對(duì)的，是無(wú)處不在的科學(xué)真相。