2011年，日內瓦附近歐洲核子研究中心的一個研究團隊向730公里外的義大利拉奎拉格蘭薩索國家實驗室發射了一束中微子。當研究人員記錄下這段旅程的時間時，似乎中微子的速度在真空中超過了光速。科學界對這一令人驚訝的結果作何反應？幾乎所有人都沒有放棄阿爾伯特·愛因斯坦的公認教義——他說沒有任何東西的傳播速度能超過光速——而是認為研究人員的測量結果一定是錯誤的（事實證明確實如此）。
現在，讓我們想象一下四百年後的未來，那時愛因斯坦的思想已被取代；科學家們早已透過實驗證實，中微子確實可以比光速更快地傳播。那時，當我們回顧今天的物理學家時，會如何理解他們不願接受證據的態度？我們會認為21世紀的物理學家只是墨守成規嗎？不接受新思想？也許是出於非科學的考慮——一群思想封閉的愛因斯坦主義者，墨守成規，聽從權威的指示？
我們希望今天的這些不情願的科學家能得到更公正的評價。因為他們不願放棄表面上合理的結論——即使這些結論最終可能被證明是錯誤的——這在科學上是合理的，而不僅僅是頑固偏見的表現。
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這樣的故事在科學史上並不少見。19世紀的天文學家，假設銀河系構成了整個宇宙，檢查了仙女座星系的第一批影像，並有理由相信他們看到的是一顆被新生太陽系包圍的恆星——而不是我們現在所知的，一個遙遠的可能由萬億顆恆星組成的集合。同樣，愛因斯坦確信宇宙是靜態的，因此他在他的方程中引入了一個宇宙常數，以保持宇宙的靜態。這兩種假設都是合理的。但兩者都是錯誤的。正如麻省理工學院的大衛·凱澤和普林斯頓大學的安吉拉·N·H·克里格在2012年6月的本刊中論證的那樣，既犯錯又富有成效是可能的。而且，事後諸葛亮總是容易的。
在超速中微子的案例中，當然，我們幾乎沒有事後諸葛亮的機會。然而，有一個著名的故事，我們知道它的結局，那就是尼古拉斯·哥白尼和他的“日心說”理論，即地球每天自轉，每年繞太陽公轉的主張，我們今天都接受這個理論。哥白尼體系直接挑戰了長期以來的信念，即二世紀天文學家托勒密在他的著作《天文學大成》中編纂的，太陽、月亮和星星繞著宇宙中心的固定地球旋轉。
哥白尼在1543年出版的著作《天體執行論》中提出了他的革命性思想，當時的許多科學家都閱讀、讚賞、註釋並用它來改進他們的天文預測。然而，即使到了1600年，57年後，也只有不超過十二位嚴肅的天文學家放棄了對靜止地球的信念。大多數科學家繼續偏愛更符合常識的地心說，例如，當我們談論太陽昇起和落下時，我們自己似乎仍然贊同地心說。
這種宇宙論僵局有時被認為是由於偏見而造成的，而伽利略在1609年組裝了一架望遠鏡並開始用它來觀察恆星、月球和行星時打破了這種僵局。這兩種說法都不正確。在1609年之後很長一段時間裡，天文學家仍然有令人信服的科學理由來懷疑哥白尼。他們的故事特別生動地說明了研究人員可能有充分的理由抵制革命性的思想——即使這些思想最終被證明是極其正確的。
第谷的新宇宙論
懷疑的一個特別強大的源泉來自丹麥天文學家第谷·布拉赫，他在1588年提出了另一種地心繫統[見方框]。這種新的“地日心”宇宙論有兩個主要的優勢：它與關於世界如何表現的深刻直覺相符，並且它比哥白尼的系統更符合現有資料。
第谷是一位傑出的人物。他運營著一個龐大的研究專案，擁有城堡般的天文臺、類似NASA的預算以及最精良的儀器和最好的助手。正是第谷關於火星的資料，最終被第谷的助手約翰內斯·開普勒用來計算出行星運動的橢圓性質。哈佛大學歷史學家歐文·金格里奇經常用阿爾伯特·庫爾提烏斯在17世紀中期編纂的自古代以來收集的所有天文資料來說明第谷的重要性：兩千年來的大部分資料都來自第谷。
這位成就卓著的天文學家對哥白尼系統的優雅性印象深刻。然而，他對該系統的某些方面感到困擾。一件讓他感到不安的事情是，缺乏對是什麼力量使地球運動的物理學解釋。（第谷的時代比牛頓物理學的發明早了一個多世紀，而牛頓物理學恰好提供了這樣的解釋。）地球的大小是相當清楚的，一個直徑數千公里的岩石和泥土球的重量顯然是巨大的。是什麼力量能推動這樣一個龐然大物繞太陽運轉呢？要知道，僅僅是將一輛滿載的馬車拉下街道都很困難。
相比之下，恆星和行星等天體的運動很容易解釋——自亞里士多德時代以來，天文學家就假設天體是由一種地球上沒有的特殊以太物質組成的。這種物質具有快速圓周運動的自然傾向，就像馬車如果不被人用力拉動，就會自然而然地停下來一樣。第谷說，哥白尼體系“巧妙而徹底地規避了托勒密體系中所有多餘或不協調之處……然而，它將地球這個笨重、懶惰、不適合運動的物體，賦予了像以太火炬一樣快速的運動。”在這方面，古代天文學家與現代天文學家有一些共同之處，現代天文學家為了解釋他們所看到的，假設宇宙的大部分是由“暗物質”或“暗能量”組成的，這與我們所知的任何事物都不同。
另一個困擾第谷的是哥白尼體系中的恆星。托勒密說，恆星的球體“大得不可估量”，因為我們無法探測到它們的週日視差——即由於地球上的觀測者與那些恆星之間的角度和距離隨著它們從地平線到頭頂再到地平線的變化而引起的恆星位置或外觀的明顯變化。這一觀測結果的推論是，與恆星距離相比，地球的直徑微不足道；托勒密寫道，地球“就像一個點”。
然而，哥白尼知道，我們甚至無法探測到週年視差——即地球在其軌道上運動引起的恆星相對位置的變化。如果地球真的在繞太陽公轉，那麼週年視差的缺失將意味著地球軌道的直徑（哥白尼稱之為orbis magnus）本身也微不足道，“就像一個點”一樣，與恆星距離相比。那麼宇宙的大小就變成了一種全新的——而且幾乎令人難以置信的——“大得不可估量”的程度。
此外，正如第谷非常清楚的那樣，哥白尼的提議不僅對宇宙的大小，而且對單個恆星的大小都有重大影響。當我們仰望夜空時，單個恆星似乎具有固定的寬度，托勒密和第谷都測量過這些寬度。我們現在知道，遙遠的恆星實際上是點光源，而這些明顯的寬度是光波透過圓形孔徑（如望遠鏡或虹膜）時產生的人為現象。
然而，當時的天文學家對光的波動性一無所知。第谷用簡單的幾何學計算出，如果恆星位於哥白尼距離處，那麼它們的寬度必須與orbis magnus的寬度相當。即使是最小的恆星也會完全使太陽相形見絀，就像葡萄柚使這句話末尾的句號相形見絀一樣。那也太令人難以置信了——第谷說，如此巨大的恆星是荒謬的。正如歷史學家阿爾伯特·範·海爾登所說，第谷的“邏輯無可挑剔；他的測量結果無可指責。哥白尼主義者簡直不得不接受這一論證的結果。”
哥白尼主義者並沒有在看似無可辯駁的物理證據面前放棄他們的理論，而是被迫求助於神聖的全能。“那些庸俗之輩乍一看認為是荒謬的事情，實際上並不容易被指責為荒謬，因為事實上神聖的智慧和威嚴遠比他們所理解的偉大，”哥白尼主義者克里斯托夫·羅特曼在給第谷的信中寫道。“承認宇宙的浩瀚和恆星的大小可以像你喜歡的那樣巨大——這些仍然與無限的造物主不成比例。它認為國王越偉大，適合他威嚴的宮殿就越大。那麼你認為適合上帝的宮殿有多大呢？”
第谷沒有被這樣的論點所動搖，他提出了自己的系統：太陽、月亮和星星像托勒密體系中一樣繞著靜止的地球旋轉，而行星則像哥白尼體系中一樣繞著太陽旋轉[見方框]。這種“第谷”系統保留了地心說的優點。有了它，就沒有笨重、懶惰的地球運動需要解釋。也沒有任何缺失的週年視差需要極其遙遠和巨大的恆星——第谷系統中的恆星位於行星之外，並且大小相當合理。然而，就行星而言，第谷系統和哥白尼系統在數學上是相同的。因此，第谷系統也保留了哥白尼的數學優雅性，第谷認為這種優雅性規避了托勒密系統中所有多餘或不協調之處。
當伽利略開始用他的望遠鏡觀察天空時，他做出了一些直接與托勒密的古代宇宙論相矛盾的發現。他看到木星有衛星，證明宇宙可以容納不止一個運動中心。他還觀察到金星的相位，表明金星繞太陽旋轉。然而，這些發現並沒有被理解為地球繞太陽旋轉的證據，因為它們完全與第谷系統相容。
200年的爭論
在17世紀中期，在哥白尼、第谷和伽利略等先驅去世後很久，義大利天文學家喬瓦尼·巴蒂斯塔·裡喬利發表了一篇關於宇宙論選擇的百科全書式評估，他將其命名為（以托勒密的偉大著作命名）《新天文學大成》。裡喬利權衡了許多支援和反對哥白尼體系的論點，這些論點涉及天文學、物理學和宗教問題。但裡喬利判斷，兩個主要的論點決定性地使天平傾向於反對哥白尼。這兩個論點都基於科學異議。兩者都根植於第谷的思想。兩者都將在數百年後才能得到決定性的解答。
一個論點是基於無法探測到裡喬利所說的旋轉行星應該在射彈和落體中產生的某些效應。第谷認為，旋轉的地球應該使射彈偏離直線路徑。然而，直到19世紀，法國科學家加斯帕德-古斯塔夫·德·科里奧利才推匯出了對這種效應的完整數學描述，人們才觀察到這些偏轉。
另一個論點是第谷提出的關於恆星大小的論點，裡喬利用望遠鏡觀測對其進行了更新。（第谷在沒有望遠鏡的情況下工作。）在設計了一個可重複的測量恆星直徑的程式後，他發現恆星看起來比第谷認為的要小。然而，望遠鏡也提高了對週年視差的靈敏度，但週年視差仍然沒有被探測到，這意味著恆星必須比第谷假設的還要遙遠。最終的結果是，恆星仍然必須像第谷所說的那樣巨大。
裡喬利抱怨哥白尼主義者求助於神聖的全能來繞過這個科學問題。作為一名耶穌會牧師，裡喬利很難否認上帝的力量。但他仍然拒絕這種做法，他說，“即使這個謬論無法駁倒，但它仍然無法讓更謹慎的人滿意。”
因此，由於缺乏確鑿的科學證據來證實哥白尼關於宇宙和恆星大小的幾乎令人難以置信的主張，哥白尼主義的接受受到了阻礙。1674年，英國皇家學會的實驗館長羅伯特·胡克承認，“地球是運動還是靜止一直是一個問題，自從哥白尼復興它以來，一直困擾著我們最優秀的現代天文學家和哲學家，儘管如此，他們中還沒有任何人找到任何一種確定性的跡象來證明其中一種情況。”
在胡克時代，越來越多的科學家接受了哥白尼主義，儘管在某種程度上，他們仍然是在面對科學難題的情況下這樣做的。直到1838年，弗里德里希·貝塞爾才令人信服地記錄了週年恆星視差。大約在同一時間，喬治·艾裡對恆星為何看起來比實際寬度更寬給出了第一個完整的理論解釋，費迪南德·賴希首次成功地探測到地球自轉引起的落體偏轉。當然，艾薩克·牛頓的物理學——它與第谷系統不相容——早已解釋了第谷的“笨重、懶惰”的地球是如何運動的。
然而，在伽利略和裡喬利的時代，那些反對哥白尼主義的人在他們這邊有一些相當體面、連貫、基於觀測的科學。他們最終被證明是錯誤的，但這並沒有使他們成為糟糕的科學家。事實上，嚴謹地反駁他人的有力論點曾經是，並且現在仍然是科學的挑戰和樂趣的一部分。