怎样才算主流科学?

from 果壳网 guokr.com – 果壳网 http://www.guokr.com/article/97238/

“主流科学”在很多情况下并不是一个好词儿。科学记者眼中的主流科学界也许是一座可以威慑众生的殿堂,而对那些敢想敢干的年轻人来说,你跟他说主流科学认为怎么怎么样,他的第一反应是怎么证明这是错的。“主流科学”,在某种意义上是固步自封甚至以权压人的代名词。比如2011年诺贝尔化学奖得主谢赫特曼,在做出其获奖工作(发现准晶体)后相当长的一段时间内,就曾经饱受“主流科学”的打击。 新华社有一篇报道 曾说:

他面对的是来自主流科学界、权威人物的质疑和嘲笑,因为当时大多数人都认为,“准晶体”违背科学界常识。“当我告诉人们,我发现了准晶体的时候,所有人都取笑我。”谢赫特曼在这份声明中说。

这个报道不能算说错。虽然 谢赫特曼本人的一个采访视频 说的可能没有这么夸张,但仍然有点悲愤的情绪。准晶体被发现了,主流科学界却没有接受。既然如此,那么现在主流科学界拒绝接受的很多东西,将来是否也都有可能被证明是正确的呢?“主流科学”到底是不是一个贬义词呢?

本文试图通过仔细分析这个事件,来说明一个关于 科学进步的道理 。当然根据孤证不举的科学精神,你不能讲一个故事就说明一个道理——所以我们讲三个故事。在谈论诺贝尔奖之前,我们先看主流科学是怎么让一个著名理论得不了奖的。

大陆漂移学说的故事

在《难以忽视的真相》纪录片的一开头,戈尔说了一件相当令人感叹的事。他说他六年级时候的一位同学,曾在课堂上面对世界地图当场指出南美洲大陆似乎曾经跟非洲大陆是一体的。这其实就是大陆漂移学说,现在已经成了科学常识。然而戈尔上小学的那个年代这个学说还没有被“主流科学”接受,以至于他的老师立即告诉学生这纯属无稽之谈——根据戈尔说的戏剧性结局,后来这位具有非凡眼光的学生成了一事无成的毒瘾者,而老师却成了布什政府的科学顾问。

也许某些教育专家会痛心疾首地说“你看,天才就这么被扼杀了”。可是如果你是一个科学老师,你会怎么样呢?不管别人提出什么新奇的想法,你都鼓励“是啊,这真是个有意思的想法,我认为它有可能是对的”么?这样一来你所能提供的有效信息其实等于零。“一切皆有可能”,就是一切都不太可能。真正的科学家应该敢于直接了当地告诉别人哪些想法不可能正确——总统科学顾问更得有这个气质。哪怕最粗暴的判断,也比廉价的鼓励值钱。

早在1912年,也就是戈尔的小学同学出生之前,魏格纳(Alfred Wegener)就提出了大陆漂移假设,认为地球大陆最早是连成一片的。传说他也是看地图得到的灵感,但魏格纳并不是用小学生思维搞科研。除了各个大陆的形状看上去似乎能合在一起,他还有其它证据。一个很有说服力的论点是各大陆发现的古生物化石惊人的相似,乃至一些现代生物也是如此。鉴于这些生物不太可能渡海走那么远,唯一的解释似乎就是原始地球上这些大陆本是连在一起的。更进一步,人们发现几个不同大陆上有相同的岩石构造。不但如此,漂移学说还可以解释一些此前人们想不通的问题,比如说南极大陆上为什么会有煤——要知道煤是古代植物累积形成的,南极那么冷怎么会有这么多植物?

面对这么多证据,一般人也许会认为大陆漂移是显然的。但科学家不是一般人,卡尔萨跟说,“Extraordinary claims require extraordinary evidence”。超乎寻常的论断需要超乎寻常的证据。生物化石最多只能算间接证据,而一个论断想要被科学全面接受,除了要求超乎寻常的证据,还必须有一个机制。

关键是,科学家想不通大陆怎么能漂移。比如,分裂大陆需要极大的能量,这些能量从哪里来?魏格纳曾经提出几个假说,但都被一一否决了。结果大陆漂移学说在半个世纪内都是被主流所否定的。一直到后来人们发现地质板块边缘火山喷发和地震可以提供能量,并且的确发现了火山曾经在不同时期喷发的证据。再加上其它证据,比如发现海底岩石比陆地岩石年轻,才以“板块构造理论”承认了大陆漂移。这时候魏格纳已经死了。如果今天论功行赏,魏格纳提出的东西只能叫做“假说”,甚至连科学理论都不算。

这还是听起来合理的理论。而那些听起来不合理的理论,就算你有证据也不太容易被接受。当然也有好消息,那就是这样的理论一旦被接受,没准就是诺贝尔奖。

诺贝尔化学奖的故事

历史就好像非诚勿扰舞台上的女嘉宾。你离着很远看,和把她领回家细看,看到的东西都是真实的,但你可能会有不一样的人生感悟。新华社的报道相当简略,我们如果把 谢赫特曼的讲话视频一篇被广泛转载的英文报道一个背景知识的介绍 、以及 以色列某杂志的一篇非常牛的长篇报道 放在一起看,就会看到一个更有意思的故事。这个故事的每一步都值得深思。

谢赫特曼1982年在国家标准局的本职工作并不是探索晶体科学的新突破,而仅仅是为航空工业寻找合金材料。不但如此,当时晶体理论已经相当成熟,什么样的原子对称结构能形成晶体是明明白白写在教科书上的。人们根本没指望发现新的晶体形态,就算要发现也轮不到谢赫特曼。

某天上午,谢赫特曼用电子显微镜测定了他自己合成的一块铝锰合金的衍射图像,发现是一个正十边形的对称结构——对寻常晶体来说这是一个不可能的对称性,因为从数学上很容易证明不可能用正十边形(或者简化到正五边形)去周期性地铺满平面。谢赫特曼认为这是一种全新的晶体,它的特点就是只具有准周期性,也就是“准晶”。

如果我们只看简单的新闻报道,下面的故事就是谢赫特曼跟每一个同事通报这个新发现,但是没人相信他,人们都认为晶体就应该是周期性结构,实验组领导指着教科书说他胡扯,然后把他赶走了。但这里有一个问题: 衍射图像是明摆着的,难道他的同事们连十都不会数么?

事实上,同事们对他的这个衍射图像有一个解释:孪晶。人们早就知道孪晶可以出现类似正五边形旋转对称的衍射图像,但它并不是一种新晶体。谢赫特曼进一步观察,他找不到孪晶,坚持说这是新晶体。现在的局面是同事们相信这种衍射图像有一个解释,谢赫特曼不接受这个解释。但不利的是,他也不能提供别的解释。

科学要求解释。 你不能说“我看到这个现象,而你们解释的不对,所以它一定是个新东西”。全世界的实验室中可能每天都会产生一些看上去不太对的实验结果,它们中的绝大多数是……不对的。一个有个人荣誉感的科学家不会看到什么都发文章,你得给一个理论。1983年,Ilan Blech 帮谢赫特曼搞出了一个数学模型,二人这才决定发表论文,结果被APL编辑拒稿。谢赫特曼回到国家标准局,在John Cahn帮助下进一步完善了数学模型,然后找了一位真正的晶体学家Denis Gratias入伙,最后文章被PRL发表。

到这一步,“准晶”这个发现才算被 正式提了出来 。谢赫特曼在论文中详细说明了这个特殊合金的制备过程,使得很多实验组重复验证了他的发现。然而一直到这一步,仍然只有少数科学家接受这是一种新晶体。

关键在于,谢赫特曼实验使用的是电子显微镜,而晶体学界的标准实验工具是更为精确的X射线,他们不太信任电子显微镜的结果。不能用X射线的原因是生长出来的晶体太小。一直到1987年终于有人生长出来足够大的准晶体,用X射线拍摄了更好的图像,科学家中的“主流”才接受了准晶的发现。 这才是真正的转折点。 等到人们在实验室中又发现各种别的准晶体,乃至于在自然界又发现天然准晶,准晶就已经是绝对的主流科学,谢赫特曼也开始什么奖都能拿了。

回顾整个过程,我们并没有看到所谓“学术权威”在其中能起到什么打压的作用。的确有个两届诺贝尔奖得主至死都反对准晶,但并没有听说他有什么徒子徒孙为其马首是瞻。搞科研不是两个门派打群架。 科学家之所以从一开始就质疑,恰恰是因为证据还没有达到“超乎寻常”的地步。 而当X射线图像一出来,不管那个诺奖大牛怎么说,“主流”立即就接受了。

我们看被主流科学“打压”,一般不会上升到人身攻击的地步……除非你的理论侮辱了“主流科学家”。比如说要求他们洗手。

洗手的故事

1840年代欧洲医院受到产褥热的困扰。1841到1846年,维也纳最好的一家医院里,产妇死亡率居然达到 1/10,到1847年甚至是 1/6。青年医生 Ignatz Semmelweis决心找到解决办法。他判断,当前这帮所谓“主流医生”根本不知道是什么导致了产褥热。有些医生声称他们知道,而且还头头是道地列举原理,但就是解决不了问题。

Semmelweis的办法是索性抛开主流医学,直接上数据分析。通过大量统计,他发现一个最不可思议的事实:如果产妇在家里生产,她的死亡概率比去医院至少低 60 倍!哪怕最穷的女人,在街上生了孩子再被送到医院的,也没有得产褥热。这使Semmelweis怀疑导致产妇热的不是别的,正是医院。

Semmelweis所在的医院有两个分开的病房,其中一个主要由医生负责,另一个则是助产士负责。产妇被几乎随机地分配到这两个病房,Semmelweis暗中统计,发现医生负责的病房,产妇死亡率是助产士负责病房的两倍。难道是医生让产妇得病的么?他对这个问题百思不得其解。直到看到一个教授在指导学生解剖尸体的时候被学生的手术刀划到,然后患病死了,症状与产妇热相似,Semmelweis才获得启发。他推测,是医生们离开解剖室直接进病房把什么能致病的“尸体颗粒(cadaverous particles)”带给了产妇。

而当时医院无比热衷于解剖,病人死了之后立即送解剖室。这可能就是为什么之前的时代为什么没有这么流行产褥热。

于是Semmelweis要求医生解剖后必须洗手,结果产妇死亡率马上降到了百分之一。

如果现在哪个医生能有这样的成就,说他是华佗在世也不为过,但Semmelweis结局是直接被主流医生“逼”疯了。他不能解释“尸体颗粒”是什么东西,当时医学并没有微生物传播疾病这个概念。Semmelweis摆平了自己的医院,但其他医院的医生根本不买账,尤其反感他把病因归罪于医生。在Semmelweis看来这些医生是在迫害自己,他甚至自诩弥赛亚,最后得了精神病,死的很惨。

一直到一二十年以后,医学界才接受“微生物能传播疾病”这个理论。而Semmelweis?没人拿他当科学家,科学史只记载了发现微生物的人。顺便说一句,一直到现在,医生仍然不怎么爱洗手,至少不如护士洗得多。

一个道理

在以上三个故事中, 主流科学到底做错了什么?我的答案是什么都没做错。 谁说对的理论一出来别人就得马上承认?

如果“主流科学”是一个人,他既不是仙风道骨的世外高人,也不是充满圣洁光辉的西方牧师,更不是温柔妩媚的小姑娘。他是一个淳朴实在的中年汉子,他认为任何事情背后都必须有明确的答案,明确到他可以把这答案原原本本地写在纸上让你看懂。他从来不让你“顿悟”,他从来不让你“信则灵”,他从来不让你“猜”。他有什么说什么,不跟你打机锋,不跟你玩隐喻,不跟你玩暗示。他不敢肯定自己的答案一定正确,但他敢用最明白的语言跟你辩论,一直说到你服为止。

或者你把他说服为止。科学研究是一个充满争论的过程,科学家要是不争论,科学就死了。比如现在超光速中微子,就远远没有被接受为主流科学。统计出来的东西尤其不能作为成熟理论,而只能作为科学研究的缘起。 科学研究就是这么一个把新思想逐渐变成主流的过程。 从这个意义上讲,也许真正活跃的科学根本就没主流,或者说主流科学都是死的科学,更严格的说是凝固了的科学。

怎样才算主流科学?你必须得能用现有的理论去解释你的新理论。 如果主流科学是一棵大树,你的新理论不能独立于这棵树之外。你必须告诉别人这棵树的这几个位置可以长出这么几个树枝来,而这些树枝可以连接到你的新理论上去——这样你的理论就成了这树的一部分。有时候你甚至可以宣布某个树干的真实形态其实不是人们之前想的那样,但你不可能宣布这棵树整个长错了。

Kevin Kelly 在 What Technology Wants 这本书里提到,早在哥伦布去美洲之前,美洲大陆就已经有人了,可是为什么我们说是哥伦布“发现”了美洲呢?因为是哥伦布把美洲大陆这个知识和人类科学的“主流知识”联系在了一起。“孤岛式知识”是不行的。

只此一家,别无分店。什么新东西都得从我这儿长出去,这就是科学的态度。 这种态度干掉的错误想法比正确想法多得多, 比如“水变油”、永动机、黑洞发电之类。 只有这样的态度才能建立一个高效而严谨的学术体系。 也只有这个体系才能确保一个实验结果可以经得起在任何时间任何地点重复,一个技术可以随便复制使用,既不要求使用者道德高尚人格完美,也不要求他掌握什么不可言传的心法。

如果“经络”和“气”能用实验证明,诊脉能机械化,阴阳运行能用数学方程描写,一直到《伤寒论》能出一个基于现代医学的解释版,那么中医就可以成为主流科学。将来谁能做到这些,谁就“发现”了中医。也只有这样,中医才能抛开掌握绝学的少数老师傅,变成像青霉素那样任何一个医院都能随便使用的有效技术。

如果“主流科学”真是小姑娘的话,向她求婚并得到许可并不容易。有时候可能你是对的,但她就是不理解,你悲愤也没用——可是你也不能因此就说她不是女人啊。


洗手的故事来自 Super Freakonomics 一书。

编辑注: 本文为 科学新闻没告诉你的那些事儿 系列第4篇

阅读前三篇:

  1. 医学研究能全都相信吗
  1. 真空中的球形鸡
  1. 摆脱童稚状态
Advertisements

发表评论

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / 更改 )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / 更改 )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / 更改 )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / 更改 )

Connecting to %s