五个伟大的科学失误：爱因斯坦的宇宙常数是对的？！

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天才也会犯错误，而且有时候这些错误本身就是很天才的想法，有些错误不仅启发了后来人探索未知谜题的进程，有时甚至影响了整个科学领域的思考方式。


在天体物理学家Mario Livio不久前出版的《杰出的失误》(Brilliant Blunders)一书中，作者向我们讲述了科学史上五个伟大科学错误的故事。这些故事告诉我们，即使是最聪明的头脑也会犯错；而且，在通往伟大发现和伟大突破的道路上，巨大的风险是必不可少的，而这也往往带来巨大的失败和意想不到的成功。以下就是Mario Livio选出的五个最杰出的科学失误。


达尔文关于遗传的理念


1859年，查尔斯·达尔文取得了一个伟大的成就：提出了自然选择的理论。“达尔文是个令人难以置信的天才，”Mario Livio说，“他有关自然选择和生物演化的理论令人赞叹：他是如何想出这样包罗万物的理论来呢？而且达尔文实际上对数学知之甚少，因此他的理论中没有用到数学的方法。”


在达尔文的成就中更难能可贵的是，他提出了遗传的概念。达尔文和当时其他一些科学家认为，“遗传”使自然选择成为可能。在那个时代，大多数人认为母亲和父亲的特征会在后代中融合在一起，就像一罐黑色油漆和一罐白色油漆混合起来，得到灰色油漆一样。


达尔文的失误在于，他没有意识到这种理念与他的新理论之间的冲突。“如果你将一只黑猫引入到100万只白猫中，‘混合遗传’的理论认为，黑色会被完全‘稀释’掉。但是，事实上黑猫不会完全消失，”Livio说，“达尔文没有理解这一点，他并不了解其中的原理。”


直到20世纪初，孟德尔的遗传理论被广泛接受和理解的时候，自然选择理论的拼图才大体完整。孟德尔正确地指出，当亲本的遗传特征相遇的时候，只有其中一个可以表达，而不是混合起来。Livio说：“事实正是如此，孟德尔遗传学很好地解释了这个问题。孟德尔的理论就像是将两副扑克牌混合起来，而每一张牌的信息都保留着——这与油漆混合完全不同。”


开尔文对地球年龄的估计


19世纪，威廉·汤姆逊爵士，即开尔文勋爵，是第一个运用物理学对地球和太阳年龄进行计算的人。虽然他的计算结果比我们现在了解的小了约50倍，但这种计算本身就是很伟大的突破。


开尔文勋爵的计算基于这样的理念：地球刚开始是一个高温的熔融球体，然后缓慢地冷却。他尝试计算出地球冷却到当前温度所需要的时间。不过，当时的科学家还没有发现放射性，因此他没有将其考虑进去，从而导致采用的数据出现了偏离。


不过，Mario Livio指出，这并不是开尔文的最大失误——就算他考虑到了放射性，他对地球年龄的估计可能还是与原来相差无几。开尔文更大的失误在于，他忽略了地球内部存在某种运输热量的未知机制的可能性。


“他假设热量是以完全相同的效率在整个地球中传输，”Livio说，甚至在有人提出热量有可能以更高效率在地球内部传输的意见之后，开尔文勋爵也选择忽略这种可能性，“开尔文已经有太多次证明自己是正确的。有人向他指出了这一点，但他从没有真正接受过。”


鲍林的三螺旋DNA


1953年，弗朗西斯·克里克和詹姆斯·沃森因为发现了脱氧核糖核酸(DNA)的双螺旋结构而闻名世界，但化学家莱纳斯·鲍林在同一年也提出了自己的DNA结构理念。


“鲍林可以称得上是至今最伟大的化学家，”Mario Livio说，“他两次获得了诺贝尔奖，而且都是他自己获得的。”但像他这样杰出的科学家，却很匆忙地将自己的DNA结构理论发表了出来，并最终发现其存在着致命的缺陷。与我们现在熟知的双链螺旋DNA结构不同，鲍林的DNA模型中有3股交织在一起的链。


Livio说，在某种程度上，鲍林由于之前成功推论出蛋白质的结构模型，而对自己太过自信了。“他的模型实际上是将正确的双链DNA结构翻转过来，而且含有3条链，”Livio说，“这不是双螺旋，而是三螺旋。他是因为自己的成功而犯下更大的错误。”


霍伊尔的“大爆炸”


英国天文物理学家弗雷德·霍伊尔是20世纪最伟大的科学家之一，他也是流行一时的“稳恒态宇宙模型”的提出者之一。该模型认为宇宙从古至今，而且到未来都是一样的，即宇宙时刻处于稳态。当时，天文学观测已经表明宇宙处于不断的膨胀中，因此该理论就要求宇宙中源源不断地产生新的物质，从而保持宇宙密度不变。


当霍伊尔了解到有另一个理论认为宇宙起源于一次单一的、剧烈的事件的时候，他将其戏称为“大爆炸理论”(the Big Bang)，之后他便忽略了这一理论，继续坚持稳恒态宇宙模型。


“这是个优美的模型，在大约15年的时间里，人们很难决定该模型与大爆炸理论哪个更加正确，”Livio说，“因此他的失误并不在于提出这一模型。他的失误在于，即使对这一模型不利的证据越来越多，甚至是压倒性的时候，他依然不接受别的理论，而是继续尝试发明新的方法来维护稳恒态宇宙模型。”霍伊尔的态度一直都很执着，尽管物理学界最终都倒向了大爆炸理论。


爱因斯坦的宇宙常数


阿尔伯特·爱因斯坦毫无疑问是人类历史上最伟大的科学家之一，但他也逃不脱犯错误的命运。1916年，他发表了几个描述引力如何在广义相对论中起作用的方程式。这是一个伟大的功绩，但也确实存在着重大的失误。


在方程式中爱因斯坦提出了宇宙学常数，而这其实是出于他对静态宇宙的哲学信念。宇宙学常数抵消了宇宙中引力收缩的趋势，从而得到静态宇宙的解。不久之后，天文学家发现了宇宙确实在膨胀的证据，爱因斯坦也因此放弃了宇宙学常数，将其从方程中去掉。


有传言称，爱因斯坦将宇宙学常数认为是他“一生中最大的错误”(Livio认为他从未说过这句话)。然而，Livio认为，爱因斯坦的真正错误是将这一常数从方程式中拿掉。1998年，在爱因斯坦去世之后，天文学家发现宇宙不仅在膨胀，而且膨胀随着时间推移逐渐加速。为了解释这一现象，科学家又将宇宙学常数重新引入了广义相对论方程。


“他的真正失误是将宇宙学常数拿掉，而非将其保留，”Livio说，“理论允许他保留着。从这里我们也认识到，理论允许的一切似乎都是必须要保留的。”

                               
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这些故事告诉我们，即使是最聪明的头脑也会犯错；而且，在通往伟大发现和伟大突破的道路上，巨大的风险是必不可少的，而这也往往带来巨大的失败和意想不到的成功。

失败是成功他妈

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宇宙学常数恐怕是描述稳恒态宇宙的