本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点
科学的进步有时是由意外事件触发的。数据收集类似于收集拼图游戏的新碎片并将它们放在一起。有时,其中一块碎片不太合适。科学家们本能地会认为这样的碎片不属于这里;也许它是由数据中的不确定性或对实验的误解驱动的伪影。在大多数情况下,情况可能确实如此。但偶尔,这种类型的异常现象会发出与预期不符的真实信号,要么是违反了备受推崇但并不完整的自然法则——即规则的例外,要么是意外的惊喜——预示着“新物理学”的可能性。
一个著名的历史例子涉及普朗克光谱和黑体辐射的发现,这无法用经典物理学解释,并开创了量子力学。英国物理学家开尔文勋爵在1900年宣称,这种异常是阻碍“动力学理论的美丽和清晰”的两朵剩余乌云之一,之后它在现代物理学发展中的革命性作用才得到认可。一个更近期的例子涉及准晶体,它代表了一种违反平移对称性的固态。丹·谢赫特曼在1982年意外发现了它们,但由于它违反了教科书的假设,因此在几十年里一直不被认可,但其重要性最终在2011年被诺贝尔奖委员会认可。
当前未解决的异常现象的一个例子是,在局部宇宙(基于对超新星的观测)和宇宙大爆炸后仅40万年的宇宙(根据宇宙背景辐射的亮度各向异性测量)中,哈勃常数 H0(宇宙的膨胀率)的测量值之间存在报告的差异。如果这是真的,这种异常可能预示着惰性中微子的存在;一种衰变暗物质;不断增长的暗能量或其他物质。另一个当前的例子是氢原子在宇宙黎明时期异常强烈的电磁辐射吸收,正如EDGES实验所测量的那样,这可能表明普通物质和暗物质之间存在某种形式的相互作用。
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大多数异常现象被发现与实验中的错误解释或系统误差有关。近期此类结果的例子包括关于超光速中微子和来自宇宙暴胀的异常强烈的引力波的实验性主张。然而,一些异常现象似乎能够经受住审查,并标志着新的发现。
敢于追求偏离主流教条的异常观点的科学家是进步的推动者。为了回应他们的主张,科学界备受尊敬但保守的领导者会感到恼火,并试图证明他们是错误的,这是一个可能揭示新真理的过程。例如,当塞西莉亚·佩恩-加波什金在1925年她的拉德克利夫-哈佛大学博士学位答辩中提出太阳主要由氢组成,而不是与地球具有相同的成分时,备受尊敬的普林斯顿大学天文台台长亨利·诺里斯·罗素认为她一定是错的,并劝阻她不要将这一结论纳入她发表的论文中。
在他试图在随后的几年里证明她是错误的过程中,他反而意识到她是正确的。在另一个案例中,当雅各布·贝肯斯坦在1973年提出 黑洞的熵可能与它们视界的面积成正比时,他的博士生导师约翰·惠勒告诉他,他的想法“疯狂到可能是正确的”。斯蒂芬·霍金试图证明贝肯斯坦是错误的,但他最终实现了惠勒的预言,并发现了霍金辐射,这是他最重要的科学成果。这些例子的寓意是,科学家不应该急于根据第一印象来否定青蛙,因为原本意在“死亡之吻”的行为可能会将其中一只变成白马王子。