2011年，日内瓦附近欧洲核子研究中心的一个研究团队向730公里外的意大利拉奎拉格兰萨索国家实验室发射了一束中微子。当研究人员记录下这段旅程的时间时，似乎中微子的速度在真空中超过了光速。科学界对这一令人惊讶的结果作何反应？几乎所有人都没有放弃阿尔伯特·爱因斯坦的公认教义——他说没有任何东西的传播速度能超过光速——而是认为研究人员的测量结果一定是错误的（事实证明确实如此）。
现在，让我们想象一下四百年后的未来，那时爱因斯坦的思想已被取代；科学家们早已通过实验证实，中微子确实可以比光速更快地传播。那时，当我们回顾今天的物理学家时，会如何理解他们不愿接受证据的态度？我们会认为21世纪的物理学家只是墨守成规吗？不接受新思想？也许是出于非科学的考虑——一群思想封闭的爱因斯坦主义者，墨守成规，听从权威的指示？
我们希望今天的这些不情愿的科学家能得到更公正的评价。因为他们不愿放弃表面上合理的结论——即使这些结论最终可能被证明是错误的——这在科学上是合理的，而不仅仅是顽固偏见的表现。
关于支持科学新闻业
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻业 订阅。通过购买订阅，您将帮助确保有关塑造我们今天世界的发现和思想的具有影响力的故事的未来。
这样的故事在科学史上并不少见。19世纪的天文学家，假设银河系构成了整个宇宙，检查了仙女座星系的第一批图像，并有理由相信他们看到的是一颗被新生太阳系包围的恒星——而不是我们现在所知的，一个遥远的可能由万亿颗恒星组成的集合。同样，爱因斯坦确信宇宙是静态的，因此他在他的方程中引入了一个宇宙常数，以保持宇宙的静态。这两种假设都是合理的。但两者都是错误的。正如麻省理工学院的大卫·凯泽和普林斯顿大学的安吉拉·N·H·克里格在2012年6月的本刊中论证的那样，既犯错又富有成效是可能的。而且，事后诸葛亮总是容易的。
在超速中微子的案例中，当然，我们几乎没有事后诸葛亮的机会。然而，有一个著名的故事，我们知道它的结局，那就是尼古拉斯·哥白尼和他的“日心说”理论，即地球每天自转，每年绕太阳公转的主张，我们今天都接受这个理论。哥白尼体系直接挑战了长期以来的信念，即二世纪天文学家托勒密在他的著作《天文学大成》中编纂的，太阳、月亮和星星绕着宇宙中心的固定地球旋转。
哥白尼在1543年出版的著作《天体运行论》中提出了他的革命性思想，当时的许多科学家都阅读、赞赏、注释并用它来改进他们的天文预测。然而，即使到了1600年，57年后，也只有不超过十二位严肃的天文学家放弃了对静止地球的信念。大多数科学家继续偏爱更符合常识的地心说，例如，当我们谈论太阳升起和落下时，我们自己似乎仍然赞同地心说。
这种宇宙论僵局有时被认为是由于偏见而造成的，而伽利略在1609年组装了一架望远镜并开始用它来观察恒星、月球和行星时打破了这种僵局。这两种说法都不正确。在1609年之后很长一段时间里，天文学家仍然有令人信服的科学理由来怀疑哥白尼。他们的故事特别生动地说明了研究人员可能有充分的理由抵制革命性的思想——即使这些思想最终被证明是极其正确的。
第谷的新宇宙论
怀疑的一个特别强大的源泉来自丹麦天文学家第谷·布拉赫，他在1588年提出了另一种地心系统[见方框]。这种新的“地日心”宇宙论有两个主要的优势：它与关于世界如何表现的深刻直觉相符，并且它比哥白尼的系统更符合现有数据。
第谷是一位杰出的人物。他运营着一个庞大的研究项目，拥有城堡般的天文台、类似NASA的预算以及最精良的仪器和最好的助手。正是第谷关于火星的数据，最终被第谷的助手约翰内斯·开普勒用来计算出行星运动的椭圆性质。哈佛大学历史学家欧文·金格里奇经常用阿尔伯特·库尔提乌斯在17世纪中期编纂的自古代以来收集的所有天文数据来说明第谷的重要性：两千年来的大部分数据都来自第谷。
这位成就卓著的天文学家对哥白尼系统的优雅性印象深刻。然而，他对该系统的某些方面感到困扰。一件让他感到不安的事情是，缺乏对是什么力量使地球运动的物理学解释。（第谷的时代比牛顿物理学的发明早了一个多世纪，而牛顿物理学恰好提供了这样的解释。）地球的大小是相当清楚的，一个直径数千公里的岩石和泥土球的重量显然是巨大的。是什么力量能推动这样一个庞然大物绕太阳运转呢？要知道，仅仅是将一辆满载的马车拉下街道都很困难。
相比之下，恒星和行星等天体的运动很容易解释——自亚里士多德时代以来，天文学家就假设天体是由一种地球上没有的特殊以太物质组成的。这种物质具有快速圆周运动的自然倾向，就像马车如果不被人用力拉动，就会自然而然地停下来一样。第谷说，哥白尼体系“巧妙而彻底地规避了托勒密体系中所有多余或不协调之处……然而，它将地球这个笨重、懒惰、不适合运动的物体，赋予了像以太火炬一样快速的运动。”在这方面，古代天文学家与现代天文学家有一些共同之处，现代天文学家为了解释他们所看到的，假设宇宙的大部分是由“暗物质”或“暗能量”组成的，这与我们所知的任何事物都不同。
另一个困扰第谷的是哥白尼体系中的恒星。托勒密说，恒星的球体“大得不可估量”，因为我们无法探测到它们的周日视差——即由于地球上的观测者与那些恒星之间的角度和距离随着它们从地平线到头顶再到地平线的变化而引起的恒星位置或外观的明显变化。这一观测结果的推论是，与恒星距离相比，地球的直径微不足道；托勒密写道，地球“就像一个点”。
然而，哥白尼知道，我们甚至无法探测到周年视差——即地球在其轨道上运动引起的恒星相对位置的变化。如果地球真的在绕太阳公转，那么周年视差的缺失将意味着地球轨道的直径（哥白尼称之为orbis magnus）本身也微不足道，“就像一个点”一样，与恒星距离相比。那么宇宙的大小就变成了一种全新的——而且几乎令人难以置信的——“大得不可估量”的程度。
此外，正如第谷非常清楚的那样，哥白尼的提议不仅对宇宙的大小，而且对单个恒星的大小都有重大影响。当我们仰望夜空时，单个恒星似乎具有固定的宽度，托勒密和第谷都测量过这些宽度。我们现在知道，遥远的恒星实际上是点光源，而这些明显的宽度是光波通过圆形孔径（如望远镜或虹膜）时产生的人为现象。
然而，当时的天文学家对光的波动性一无所知。第谷用简单的几何学计算出，如果恒星位于哥白尼距离处，那么它们的宽度必须与orbis magnus的宽度相当。即使是最小的恒星也会完全使太阳相形见绌，就像葡萄柚使这句话末尾的句号相形见绌一样。那也太令人难以置信了——第谷说，如此巨大的恒星是荒谬的。正如历史学家阿尔伯特·范·海尔登所说，第谷的“逻辑无可挑剔；他的测量结果无可指责。哥白尼主义者简直不得不接受这一论证的结果。”
哥白尼主义者并没有在看似无可辩驳的物理证据面前放弃他们的理论，而是被迫求助于神圣的全能。“那些庸俗之辈乍一看认为是荒谬的事情，实际上并不容易被指责为荒谬，因为事实上神圣的智慧和威严远比他们所理解的伟大，”哥白尼主义者克里斯托夫·罗特曼在给第谷的信中写道。“承认宇宙的浩瀚和恒星的大小可以像你喜欢的那样巨大——这些仍然与无限的造物主不成比例。它认为国王越伟大，适合他威严的宫殿就越大。那么你认为适合上帝的宫殿有多大呢？”
第谷没有被这样的论点所动摇，他提出了自己的系统：太阳、月亮和星星像托勒密体系中一样绕着静止的地球旋转，而行星则像哥白尼体系中一样绕着太阳旋转[见方框]。这种“第谷”系统保留了地心说的优点。有了它，就没有笨重、懒惰的地球运动需要解释。也没有任何缺失的周年视差需要极其遥远和巨大的恒星——第谷系统中的恒星位于行星之外，并且大小相当合理。然而，就行星而言，第谷系统和哥白尼系统在数学上是相同的。因此，第谷系统也保留了哥白尼的数学优雅性，第谷认为这种优雅性规避了托勒密系统中所有多余或不协调之处。
当伽利略开始用他的望远镜观察天空时，他做出了一些直接与托勒密的古代宇宙论相矛盾的发现。他看到木星有卫星，证明宇宙可以容纳不止一个运动中心。他还观察到金星的相位，表明金星绕太阳旋转。然而，这些发现并没有被理解为地球绕太阳旋转的证据，因为它们完全与第谷系统兼容。
200年的争论
在17世纪中期，在哥白尼、第谷和伽利略等先驱去世后很久，意大利天文学家乔瓦尼·巴蒂斯塔·里乔利发表了一篇关于宇宙论选择的百科全书式评估，他将其命名为（以托勒密的伟大著作命名）《新天文学大成》。里乔利权衡了许多支持和反对哥白尼体系的论点，这些论点涉及天文学、物理学和宗教问题。但里乔利判断，两个主要的论点决定性地使天平倾向于反对哥白尼。这两个论点都基于科学异议。两者都根植于第谷的思想。两者都将在数百年后才能得到决定性的解答。
一个论点是基于无法探测到里乔利所说的旋转行星应该在射弹和落体中产生的某些效应。第谷认为，旋转的地球应该使射弹偏离直线路径。然而，直到19世纪，法国科学家加斯帕德-古斯塔夫·德·科里奥利才推导出了对这种效应的完整数学描述，人们才观察到这些偏转。
另一个论点是第谷提出的关于恒星大小的论点，里乔利用望远镜观测对其进行了更新。（第谷在没有望远镜的情况下工作。）在设计了一个可重复的测量恒星直径的程序后，他发现恒星看起来比第谷认为的要小。然而，望远镜也提高了对周年视差的灵敏度，但周年视差仍然没有被探测到，这意味着恒星必须比第谷假设的还要遥远。最终的结果是，恒星仍然必须像第谷所说的那样巨大。
里乔利抱怨哥白尼主义者求助于神圣的全能来绕过这个科学问题。作为一名耶稣会牧师，里乔利很难否认上帝的力量。但他仍然拒绝这种做法，他说，“即使这个谬论无法驳倒，但它仍然无法让更谨慎的人满意。”
因此，由于缺乏确凿的科学证据来证实哥白尼关于宇宙和恒星大小的几乎令人难以置信的主张，哥白尼主义的接受受到了阻碍。1674年，英国皇家学会的实验馆长罗伯特·胡克承认，“地球是运动还是静止一直是一个问题，自从哥白尼复兴它以来，一直困扰着我们最优秀的现代天文学家和哲学家，尽管如此，他们中还没有任何人找到任何一种确定性的迹象来证明其中一种情况。”
在胡克时代，越来越多的科学家接受了哥白尼主义，尽管在某种程度上，他们仍然是在面对科学难题的情况下这样做的。直到1838年，弗里德里希·贝塞尔才令人信服地记录了周年恒星视差。大约在同一时间，乔治·艾里对恒星为何看起来比实际宽度更宽给出了第一个完整的理论解释，费迪南德·赖希首次成功地探测到地球自转引起的落体偏转。当然，艾萨克·牛顿的物理学——它与第谷系统不兼容——早已解释了第谷的“笨重、懒惰”的地球是如何运动的。
然而，在伽利略和里乔利的时代，那些反对哥白尼主义的人在他们这边有一些相当体面、连贯、基于观测的科学。他们最终被证明是错误的，但这并没有使他们成为糟糕的科学家。事实上，严谨地反驳他人的有力论点曾经是，并且现在仍然是科学的挑战和乐趣的一部分。