本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点
几年前,我的家人来到夏威夷的毛伊岛度假,这使我有机会参观了位于哈雷阿卡拉山(在夏威夷语中恰如其分地意为“太阳之家”)上的丹尼尔·K·井上太阳望远镜(DKIST)。这个不同寻常的望远镜——最近产生了其首批太阳图像,仅在白天运行,并包括一个广泛的冷却系统,以消除其聚焦阳光带来的巨大热量。
令我惊讶的是,现场的天文学家抱怨说,望远镜无法收集到足够的光来跟踪太阳表面所有分辨率元素的运动和光谱特征。对着太阳看还不够光吗?他们的抱怨让我想起了我们对收集更多信息的持续渴望,无论我们已经拥有多少信息。事实上,我们拥有的知识越多,就越想学习。只有无知才会导致缺乏进一步学习的热情。
对知识的不断追求赋予了科学家回答难题时能够说“我不知道”的特殊特权。他们不需要假装比实际知道的更多,他们的成功也不是通过他们在社交媒体上获得的赞数来衡量的。其他专业学科,如商业、政治或宗教,不能容忍空洞的答案,也不允许这种坦率的交易。
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但宇宙学家可以拿到全额工资,同时承认他们不知道宇宙的大部分是由什么组成的,因为他们不了解暗物质和暗能量的本质。在商业或政治领域,他们会被拒绝支付工资,除非他们表现出至少假装知道他们在说什么的样子。
这种不同寻常的特权源于对科学是进行中的工作的理解,在这个过程中,我们的理解是不完整的,并且应该容忍错误。对未知的研究不可避免地会涉及错误。我们通过发现我们的先入为主的观念与实验数据之间的差异来教育自己。伽利略·伽利雷敢于检验重物是否比以前认为的轻物下落得更快,并发现它们并非如此;塞西莉亚·佩恩-加波施金检验了太阳的成分是否与地球相同,并发现它主要由氢组成。
不幸的是,伴随我们永无止境的学习经历的谦逊有时会被那些吹嘘初步成就并通过过早宣布胜利来提升自我,同时假设调查已经结束的科学家因傲慢而忘记。让我用几个例子来说明这一点。
鉴于 19 世纪后期物理学的巨大进步,著名物理学家阿尔伯特·迈克尔逊在 1894 年认为:“……似乎大多数宏大的基本原理已经牢固确立……一位杰出的物理学家评论说,物理科学未来的真理将在小数点后第六位找到。” 相反,在随后的几十年里,物理学家见证了狭义相对论、广义相对论和量子力学的出现,这些理论彻底改变了我们对物理现实的理解,从而驳斥了迈克尔逊的预测。
同样,弦理论在 20 世纪 80 年代初开始被吹捧为统一引力与量子力学的终极“万有理论”的竞争者——这是阿尔伯特·爱因斯坦曾试图徒劳地完成的事情。但四十年后,我们仍然没有弄清楚它是否真的是关于某事的理论。甚至超对称性,该理论最初与之相关联,也如许多人所希望的那样,没有被大型强子对撞机发现。
1908 年,担任哈佛大学天文台台长的爱德华·查尔斯·皮克林认为,望远镜已经达到了大约 70 英寸(大约一个人的身高)的最佳直径,寻求更大的孔径没有任何好处。今天,同一机构是巨型麦哲伦望远镜建设的合作伙伴,其直径比他声明的限制大一个数量级。
即使当专家在教科书中密封定理时,实验证据也可能证明它们是错误的,并暴露他们想象力的局限性。一个值得注意的例子是准晶体,它是原子的有序但非周期性结构,在它们在自然界中被发现之前被认为是不可行的。虽然晶体学限制定理断言晶体只能具有二重、三重、四重或六重旋转对称性,但准晶体的布拉格衍射图案显示了其他对称顺序,例如五重对称性。
自然没有义务遵守我们想象力或仪器的限制。就像观察太阳的情况一样,收集精炼的数据只能激发更多未解决的问题。我们对知识的追求永无止境。
就像位于太平洋中的毛伊岛一样,我们的科学知识体系只是广阔无知海洋中的一个小岛。科学研究旨在将该岛的陆地面积扩大到前方无限的视野。