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
去年的诺贝尔物理学奖授予了索尔·珀尔马特、布莱恩·施密特和亚当·里斯，以表彰他们发现了宇宙加速膨胀，这一发现导致了一个惊人的假设，即我们宇宙的 75% 包含一种迄今未知的实体，称为暗能量。这是一项重要的发现，它以杰出的思想和激动人心的历史为先导。它延续了一个宏大的叙事，从亨丽埃塔·斯万·勒维特（她为计算天文距离建立了一个标准参考）开始，到阿尔伯特·爱因斯坦（他被鄙视的宇宙常数因这些发现而复活）和埃德温·哈勃，再到乔治·勒梅特和乔治·伽莫夫（他们关于大爆炸的观点），最终在我们目前对宇宙膨胀的复杂理解中达到顶峰。
但同样有趣的是，获奖的发现揭示了无知。该奖项是因观察到宇宙加速膨胀而颁发的，而不是因为解释。没有人真正知道宇宙为什么在加速膨胀。目前对加速膨胀的解释包括一套不同的模型，其中包含暗能量等实体，但没有一个模型被明确证明可以充分解释事实。这让我怀疑，在没有伴随具体理论的情况下，如此大量的模型是否将成为未来科学的体现。
二十世纪见证了物理学理论的进步，这些进步与实验结果惊人地吻合。这一进展最终促成了量子电动力学的发展，用理查德·费曼的话来说，其准确性相当于计算纽约和洛杉矶之间的距离，误差不超过一根头发的宽度。从那时起，我们在定量关联理论与实验方面取得了一些成功，最值得注意的是在验证大爆炸和发展粒子物理学标准模型方面的工作。但是暗能量——就目前而言，还没有任何理论在与实验的比较方面能像量子电动力学那样严谨。
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当然，批评暗能量是不公平的，因为我们才刚刚开始着手解决它的奥秘。也许有一天会找到一个全面的理论，但考虑到我们试图实现的目标的复杂性（基本上是解释宇宙中所有物质和能量的本质），我们似乎可能总是受模型而不是实际理论的束缚。这种情况可能不仅发生在宇宙学中，也可能发生在其他科学领域。事实是，科学最近一直在处理的现象是多因素、复杂和涌现的。对于原子物理学和分子生物学如此有效的机械的、还原论的方法，可能对于剖析这些现象来说过于贫乏。以生物学为例。您认为我们是否可以拥有一个完整的关于人脑的“理论”，可以定量计算导致意识以及我们对外部世界反应的所有大脑状态？尝试构建一个信号转导的“理论”怎么样，这将使我们不仅可以预测，而且可以真正（以整体的方式）理解活体生物经历的所有与药物和生物分子的相互作用？然后还有其他复杂的现象，如经济、天气和社会网络。明智的做法是说，我们预计在不久的将来不会出现针对这些现象的真正全面的理论。
另一方面，我认为一个未来的迹象是，这些领域中的大多数都充斥着准确性和有效性各异的解释模型。最重要的是，建模和模拟开始被认为是科学的受人尊敬的“第三条腿”，除了理论和实验之外。造成这种情况的一个简单原因是人们认识到，科学当前面临的许多最大挑战可能无法进行严格的理论化，我们可能不得不将现象模型视为独立的、权威的解释实体。我们已经看到这种情况发生在化学、生物学、气候科学和社会科学中，我被告知，甚至宇宙学家现在也广泛依赖宇宙的计算模型。我自己的药物发现领域是模型成功和失败的一个很好的例子。在这里，模型不仅用于计算模拟药物在分子水平上与患病蛋白质的相互作用，还用于拟合药理学数据和 X 射线衍射数据，构建基因和蛋白质网络，甚至用于运行和分析临床试验。模型渗透到药物发现和开发的每个阶段，很难想象我们会在何时拥有一个涵盖该过程各个阶段的总体“理论”。
诚然，这些模型和其他模型仍然远远落后于已经领先约一千年的理论和实验。但毫无疑问，随着计算能力的提高和更多数据的纳入，这些模型只会变得更加准确。有多准确还有待观察，但值得注意的是，已经有一些书籍为独立的、值得研究的建模和模拟哲学辩护；例如，南佛罗里达大学哲学家埃里克·温斯伯格最近的一本书极力主张科学哲学家不仅将模型视为理论的便捷应用和表示（然后理论是唯一值得研究的根本事物），而且将模型视为最终的独立解释设备，它们本身就值得单独的哲学思考。
那么，这是否至少是科学未来的部分景象？一个未来，在这个未来中，可靠的实验观察结果并非由像广义相对论或量子电动力学那样优美严谨而完整的理论所涵盖，而仅仅是由不同的模型所涵盖，这些模型是通过严谨性、经验数据、调整因子和朴素的直觉组合在一起的？这将是一种新型的科学，它在应用方面与其旧的对应物一样有用，但其根基仅在于模型，而不是完整的理论。鉴于理论科学的历史，这样的未来可能显得黑暗而令人沮丧。这是因为正如统计学家乔治·博克斯所著名地俏皮地说，虽然有些模型是有用的，但所有模型在某种意义上都是错误的。博克斯的意思是，模型通常对系统的细节具有不切实际的假设，但仍然允许我们重现现实的基本特征。它们受到调整因子的影响，也受到其创造者的突发奇想的影响。因此，它们永远无法提供理论似乎提供的与“现实”的确定联系。当不同的模型对同一个问题给出相同的答案时，这尤其是一个问题。在缺乏辨别思想的情况下，哪个模型是“正确”的模型？通常的、方便的答案是“都不是”，因为它们都在解释事实方面做得同样好。但是，这种科学观点让人感到非常不安，在这种观点中，只能根据其效用来判断的模型是现实的最终仲裁者，因此没有统一的理论框架感。在这个宇宙中，“真实”的理论将永远隐藏在模型的表面之下，就像现实总是隐藏在黑洞的事件视界之后一样。这样的宇宙很难温暖那些习惯于为生命和宇宙构建宏大叙事的人们的心房。然而，这可能是我们为更全面的理解所付出的代价。未来，诺贝尔奖可能会经常颁发给重要的观测结果，但这些观测结果没有真正的理论，只有模型。暗物质和暗能量的发现以及我们目前试图理解大脑和信号转导的尝试，很可能就是这种新型科学的先兆。
我们应该担心这样一个充斥着模型而缺乏理论的世界吗？不一定。如果说我们对科学有一件事是了解的，那就是它会进化。宏大的解释性理论传统上被认为是科学事业的关键部分——可能是关键部分。但这主要是因为历史先例以及寻求优雅和统一的心理冲动。甚至在历史上，科学也取得了很大进展，而没有完整的理论，就像化学在原子和结构理论出现之前的数百年中所做的那样。宏大理论对于学科的真正发展至关重要的信念在过去得到了响亮的验证，但它的效用可能已经达到顶峰。我并不是在这里提倡某种“科学终结”的场景——远非如此——但正如弦理论和理论物理学近期的历史所表明的那样，即使是最数学上优雅和心理上令人愉悦的理论也可能与现实几乎没有联系。由于我们目前试图解释的事物的规模和复杂性，我们可能已经在应用主要还原论的传统科学思维方式上遇到了障碍，这种思维方式在半个世纪以来为我们提供了如此好的服务
但最终重要的是，我们的构建——理论、模型、经验法则或启发式模式识别——是否能够胜任构建对复杂现象的一致解释的任务。科学的业务是解释，是通过统一的叙事还是零碎的解释是次要的。虽然前者听起来更令人心理上满意，但科学实际上并不关心激发我们的自尊心。存在于那里的东西存在，我们做任何必要和充分的事情来解开它。
这是过去的一篇文章的修订版。