科学发现的奥秘是什么？犯错误

菲尔·普莱特(Phil Plait)曾是哈勃太空望远镜(Hubble Space Telescope)的天文学家团队成员，他们认为自己可能捕捉到了有史以来第一张直接拍摄到系外行星的照片。但证据真的支持这一点吗？来看看普莱特展示科学研究是如何进步的——通过大量的犯错和纠正错误。“科学研究的代价是承认自己的错误，但回报是最好的：知识和理解”，菲尔如是说。

人们对于科学有很多误解——

关于科学原理和科学的含义。

一个最大的误解是，
科学只是一大堆陈旧的事实。

但这并不正确
——这甚至不是科学的目的。

科学是一个过程。

它是一种思考方式。

收集事实只是其中一步，
但并非目的。

科学的最终目的
是用我们所知道的最优方法

来理解客观事实，

即要以证据为基础。

问题在于，人类是有缺陷的。

我们可能被愚弄——

我们真的很擅长欺骗自己。

所以，融入科学的探究过程，
是一种将偏见最小化的方法。

总结起来说可能更好，

科学的原理如下。

如果你想要做点科学研究，

观察一些事物…

举例来说，“天空是蓝的，
我很好奇为什么是这样？”

你提出疑问。

下一步你要做的
是提出一个可能的解释：

一个假设。

首先，海水是蓝的。

也许天空反射了海洋的蓝色。

很好，但现在你得检验它，

去推测这意味着什么。

你的预测可能是，

“哦，如果天空反射了海洋的颜色，

那么海水在海边的颜色

要比在一个国家的内陆部分更蓝。”

好的，这很合理，

但你得验证那个预测，

于是你坐上飞机，在一个
灰蒙蒙的好日子里离开丹佛，

飞到洛杉矶，望向天空，
天空映衬着壮丽的蔚蓝色。

太好了，你的论点被证明了。

但真是这样吗？不是。

你做了一个观察。

你得对这个假设进行斟酌，
思考如何检验它，

还要重复多次。

也许你可以去这个国家的其他地方，

或者在一年的不同时间去，

看看那时的天气如何。

另一个好主意是和其他人聊聊。

他们有不同的想法，不同的视角，

他们可以帮助到你。

这就是我们所称的同行评议。

事实上，这也会帮你省下
很大一笔钱和时间，

不必只为了看看天气两头飞。

那么如果你的假设很好，
但不是很完美怎么办？

这不是大问题，

因为你可以对它进行一点修正，

然后再把整个流程走一遍——

做预测，检验它——

随着你一遍又一遍地重复，
你的假设便会被优化。

如果它变得足够好了，

可能会被科学界采纳，

至少暂时性地，

作为一种对此自然现象的合理解释，

直到有更好的观点

或者出现了一些与之相矛盾的证据。

科学探究过程的一部分
就是承认你的错误。

这真的非常、非常难。

科学有其优势和不足，

而它依赖于错误。

科学的优点之一是，
它是由人来完成的，

长久以来我们获得的
科学成就也毋庸置疑。

因为科学，我们对宇宙
有非常不错的认知。

而科学的一个不足也恰恰是，
它是由人来完成的，

当我们调查研究的时候，
会带着很多包袱。

我们是任性主观的，

我们固执且迷信，

我们是群聚动物，我们是人类——

这些都是人的特点，而科学家也是人。

所以在研究和做出假设时，

我们要意识到这一点。

但这整件事的一部分，

整个科学过程的一部分，

整个科学方法的一部分，

在于要承认自己在哪里犯了错。

我曾经有过这样的经历。

许多年前，我在
哈勃太空望远镜项目工作，

有个一起共事的
科学家带着数据来找我，

他说：“我认为这个数据表明

可能有颗行星围绕另一颗恒星转。”

人们当时还没有拍到行星
绕其他恒星转的照片，

所以如果这个是真的，

就会是世界上的首次发现，

并且我们就是发现它的人。

这可了不得。

我非常激动，

所以我就深入研究了这些数据。

我花了很长的时间去搞清楚
这个东西是不是行星。

问题是行星很暗，恒星很亮，

所以试图从这些数据中获取信号

就像在重金属音乐会上听到耳语一样。

真是非常难。

我想尽了一切办法，

但忙了一个月后，

我意识到…我做不到。

我不得不放弃。

我得告诉其他科学家，

“数据太混乱了，

我们无法确定这是不是行星。”

承认这件事真的非常难。

后来我们用哈勃望远镜做了后续观测，

结果发现它并不是一颗行星，

只是个类似于背景恒星或星系的东西。

我不想说得太专业，
但那真是太糟糕了。

（笑声）

我对此真的非常失落。

但就这是科学的一部分。

你不得不承认，“看吧，
我们无法用现有数据进行分析。”

随后我还得面对

后续的数据证明
我们是错的这个事实。

情感上，我非常失落。

但如果一个科学家正确地进行了研究，

犯了错误并不是坏事，

因为这意味着
在此之外还有更多事物——

更多的东西等待着我们去探索。

科学家不喜欢犯错，但我们喜欢谜题，

而宇宙就是最大的迷题。

话虽如此，

如果你有一小块拼图，
但怎么摆弄都拼不上，

硬插进去并没有用。

如果你想要理解更大的概念，

就得放弃目前所持有的观点。

科学研究的代价就是
当你犯错时要承认，

但这件事的回报是最好的：

知识和理解。

我可以给你上千个科学案例，

但其中有一个我真的很喜欢。

这当然与天文学有关，

这个问题一直困扰了天文学家

好几个世纪。

太阳看起来很特别。

它是天空中最亮的物体，

但是经过了几个世纪的天文学，
物理学，化学，热力学研究后，

我们了解到了一些
关于太阳的重要信息。

它不再那么特别了。

它不过跟其他数百万个恒星一样。

但这又引申出了一个有趣的问题。

如果太阳是恒星，

并且太阳有行星，

其他恒星会有行星吗？

像我提到的在寻找“行星”上的失败经历，

找到它们真的非常难，

但科学家往往非常聪明，

他们会应用很多不同的技术

观察恒星。

几十年后，

他们开始发现一些真正有趣的东西，

就在他们能够探测到的
薄而粗糙的边缘。

但事实一再证明，这是错的。

事态在1991年才完全改变。

几位天文学家——

亚历山大·莱恩——
安德鲁·莱恩，对不起——

和马修·贝尔斯，

发布了一项重大声明。

他们发现了一个绕着
另一颗恒星旋转的行星。

不是随便一颗恒星，而是脉冲星，

这是之前爆炸过的恒星的残骸。

它在爆炸时释放了大量辐射。

这是宇宙中你最不可能
找到行星的地方。

但他们非常系统地
观察了这颗脉冲星，

当这颗行星绕脉冲星旋转时，
他们探测到了它的引力。

这看起来真的很棒。

第一颗绕另一颗恒星
运行的行星被发现了…

只是没有那么多。

（笑声）

在他们发布公告后，

其他一些天文学家对此发表了评论，

于是他们仔细地回去查看数据，

并意识到自己犯了
一个非常尴尬的错误。

他们没有考虑到地球绕太阳的运动中

一些非常不明显的特征，

这些特征影响了他们测量这颗行星
绕脉冲星运行的方式。

结果，当他们做了正确的计算时，

糟糕——他们的行星消失了。

它其实并不存在的。

安德鲁·莱恩有个非常艰巨的任务，

他得承认错误。

于是在1992年美国天文学会会议，

这个全世界最大的天文学会议上，

他站起来并宣布他犯了个错误，

那颗行星并不存在。

接下来发生的是——

太让我激动了——

接下来的一幕很让人难忘。

他得到了热烈的掌声。

天文学家们并没有对他表示愤怒；

他们不想谴责他，

而是赞扬了他的诚实和正直。

我非常喜欢这一点！

科学家也是人。

（笑声）

事情在变得越来越好！

（笑声）

莱恩从讲台上走下来后，

下一位上台的人是亚历山大·沃尔兹森，

他拿起麦克风说道，

“很遗憾，莱恩的团队没有发现脉冲星，

但我的团队发现了不止一个，

而是两颗行星围绕不同的脉冲星运行。

我们知道莱恩存在的问题，

我们仔细核实了自己的结果，
我们的结果是真的。”

结果他是对的。

事实上，几个月后，

他们发现了第三颗绕着
这颗脉冲星的行星，

这是迄今为止发现的
第一个系外行星系统——

我们称之为外星世界——系外行星。

这对我来说太棒了。

从那时起，就好像
泄洪阀门被打开了一样。

1995年，一个行星被发现
绕着类似太阳的恒星运行，

随后我们发现了一个又一个。

这是一颗围绕恒星运行的行星图像。

我们做得越来越好。

我们开始成批成批地找到它们，

数量达到了几千个。

我们建造了专门用来
寻找它们的天文台。

利用这些天文台，
我们发现了数千颗行星。

我们甚至了解了行星系统。

这是真实的数据，动画显示了
围绕另一颗恒星运行的四颗行星。

真是难以置信，想想看吧。

纵观人类历史，

用两只手就可以算出
宇宙中所有的行星——

9——8个？

9个？8——8个。

（笑声）

呃。

（笑声）

但现在我们知道它们到处都是。

每个恒星——

每个你在天空看到的星星，
都可能拥有3，5，10个行星。

它们布满了天空。

我们认为行星的数量可能
超过星系中的恒星。

这是一个意义重大的结论，

这全要归功于科学。

得出这个结论不止要归功于
科学研究和数据观测；

能得出这个结论要归功于
建造了天文台的科学家，

他们得到了数据，

他们犯了错误并承认了错误，

然后让其他科学家
在他们的错误之上前进，

所以他们可以做到力所能及的事，

并去弄清楚我们在宇宙中的位置。

这就是你发现真相的方式。

当科学敢于为人时，
它就处于最佳状态。

谢谢。

（鼓掌和欢呼）