關於犯錯

在最新一期的《紐約書評》中,弗里曼·戴森對馬里奧·利維奧關於偉大科學家犯下科學錯誤的通俗易懂的書籍進行了精彩評論。

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在最新一期的《紐約書評》中,弗里曼·戴森對馬里奧·利維奧關於偉大科學家犯下科學錯誤的通俗易懂的書評進行了精彩評論。這本書對於任何想要了解科學真實歷史的人來說都是重要的讀物,因為科學是一個充滿嘗試、啟動、死衚衕、偶爾的偉大成功以及當然,許多錯誤的漫長過程。利維奧重點關注了五位著名科學家——查爾斯·達爾文、開爾文勳爵、萊納斯·鮑林、弗雷德·霍伊爾和阿爾伯特·愛因斯坦——他們都犯下了重要的錯誤。這些錯誤有時會阻礙該領域的發展,但也激發了其他科學家繼續探索和發現新事物。科學家們常常在其他失敗的理論和發現的基礎上建立自己的理論和發現。正如受人尊敬的文明常常建立在逝去文明的骨骸之上,受人尊敬的科學常常建立在科學失敗的骨骸之上。正如在定居者受到讚揚很久之後,當地人就被遺忘一樣,科學的失敗被忽視,而科學的成功卻被看重,即使這些失敗對於解釋成功的原因非常重要。

利維奧故事中的每位犯錯者都以不同的方式犯錯。達爾文提出了錯誤的融合遺傳理論,他自己也意識到該理論在解釋真實世界資料方面存在嚴重不足。然後,孟德爾發現了正確的遺傳規則,並引發了科學界的真正革命。正如戴森所解釋的,孟德爾能夠在達爾文的基礎上進行改進,這在很大程度上是因為他比自稱數學能力不足的達爾文更瞭解統計學和平均定律。開爾文勳爵犯下的重大錯誤是,他得出了關於太陽和地球的錯誤且短暫的年齡,從而為達爾文的自然選擇理論設定了重大障礙,該理論要求經過漫長的地質時間才能使物種進化。生物學證據對於達爾文來說太過於壓倒性,無法讓他承認失敗,但他顯然無法回答開爾文的挑戰。直到 20 世紀中期,當核放射性和太陽的裂變和聚變過程被弄清楚後,開爾文的問題才得以死後解決。

弗雷德·霍伊爾犯下了他的重大錯誤,並堅持一個錯誤的宇宙起源理論直到他去世。霍伊爾早期不接受大爆炸理論的一個原因是,他認為該理論純粹是膽大妄為和幻想,整個宇宙似乎是在瞬間從虛無中變出來的。霍伊爾的這種想法讓我想起了亞瑟·愛丁頓未能認真對待蘇布拉馬尼揚·錢德拉塞卡的引力坍縮理論,因為他確信一定存在阻止這種坍縮的自然法則。但是自然法則不會受我們一廂情願的想法的影響。關於宇宙之前存在什麼的問題仍然是我們正在努力解決的問題,但是自 1964 年發現宇宙微波背景以來,每一項重要發現都證實了大爆炸理論。霍伊爾當然足夠聰明,能夠理解這一證據,並且當他與其他三位科學家合著了一篇關於核合成的重要論文時,他展示了他的偉大科學才能。因此,霍伊爾是一個奇怪的例子,他既是一個反動派又是一個特立獨行的人,他敢於推測從外星生命到人工智慧的一切事物,但不知何故從未對宇宙的革命性理論產生興趣,即使它有充分的證據支援。


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萊納斯·鮑林的錯誤屬於另一種型別,並且很難理解,因為它顯示出他對基礎化學知識令人尷尬的缺乏。對於一位被廣泛認為是本世紀最偉大的化學家的人來說,至少可以說這很奇怪。在發表了他關於蛋白質結構的開創性論文後,鮑林轉向 DNA,並與詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克捲入了破譯這種至關重要的分子結構的競賽中。儘管這種競賽被兩人視為更像是一種競賽,但鮑林當然明白這個問題的重要性。然後,他犯下了一個著名的基本化學錯誤。他發表了一篇論文,其中 DNA 中的磷酸鹽指向內部,並透過氫鍵連線在一起。任何優秀的大學化學學生都知道,在體內 pH 值 (7.4) 的情況下,這種氫鍵不會存在,並且氧原子會帶負電,這使它們更傾向於指向外部,進入水的離子懷抱。在他令人難忘的著作《雙螺旋》中,詹姆斯·沃森指出,當他看到鮑林犯下的錯誤時,他的下巴都驚掉了;具有諷刺意味的是,他和克里克正是透過查閱鮑林的經典著作《大學化學》教科書來確認了這一錯誤。正如沃森所說,如果鮑林手下的一名研究生犯了同樣的錯誤,他很可能會被加州理工學院視為不受歡迎的人。

為什麼 20 世紀最偉大的化學家會忽略關於 DNA 的如此基本化學事實?即使在今天,原因也完全不清楚。一個原因可能是,到 50 年代初,鮑林更多地關注核裁軍而不是嚴肅的科學,儘管他一直不斷髮表文章直到去世。他可能只是因為分心而沒有像沃森和克里克那樣全心全意地追求 DNA 結構。另一個原因是,他只是錯過了顯而易見的事情。雖然這聽起來可能令人驚訝,但這是那些跳出框架思考的著名科學家有時會犯的錯誤。在破解蛋白質結構時,鮑林使用了巧妙的反直覺方法。在破解 DNA 結構時,解決方案需要一種更常識性的方法,而鮑林可能仍然沉迷於蛋白質結構,以至於他的思維無法轉移到這種新的思維方式。最後一個可能的原因也是最平凡的原因;鮑林缺乏沃森和克里克從技術精湛的羅莎琳德·富蘭克林那裡獲得的(有人會說竊取的)高質量 X 射線衍射結構資料。當沃森看到 X 射線照片時,他回憶說感到心跳加速,確信自己已經成功了。有時,好的資料是將輝煌的錯誤與輝煌的榮耀區分開來的唯一因素。

還有阿爾伯特·愛因斯坦,他所犯下的輝煌錯誤似乎表明缺乏勇氣,而不是缺乏科學專業知識。缺乏勇氣是科學家有時犯下重要錯誤的另一個原因。在愛因斯坦的例子中,他引入了一個調整因子,即宇宙常數,以保持宇宙的靜態。另一方面,亞歷山大·弗裡德曼和喬治·勒梅特有勇氣探索愛因斯坦場方程的邏輯解,其中許多解都指向一個膨脹的非靜態宇宙。當愛因斯坦提出相對論時,他曾是一位大膽的革命者,但在明確闡述相對論對整個宇宙的可能後果時,他卻變得保守起來。從某種意義上說,這可以被看作是愛因斯坦反動傾向的開始,標誌著他開始反對量子力學及其所呈現的現實圖景的時期。現在眾所周知,調整因子的最終諷刺之處在於,它被宇宙加速膨脹的發現以及對暗能量的推測所復活。

正如戴森所說,科學中的錯誤是必不可少的,尤其是在您探索新興領域的最前沿時。沒有人的頭腦如此無所不知和完美,可以一舉衝破不確定性的迷霧,直達現實的堅實核心。特別是在新研究方向的開始,應該允許科學家自由地犯錯。在評論的最後,戴森談到了他自己犯的一個錯誤,即對帶電弱玻色子的不存在的錯誤預測。他可能會同意,他在科學上之所以如此成功,是因為他被允許犯錯。犯錯的一部分只是能夠產生大量的想法;正如利維奧書中的一位犯錯者萊納斯·鮑林所說,要擁有好的想法,首先必須擁有大量的想法,然後扔掉不好的想法。

當前科學資助減少和對科學興趣下降的氣候下,最令人不安的損失之一是年輕科學家害怕犯錯,因此也害怕產生大量的想法。資助機構只給他們有限的資金,並要求他們研究“安全”的問題;這兩個限制都降低了他們承擔風險的意願。承擔風險一直是美國作為領先的科學和技術強國取得成功的最重要因素之一。犯錯不僅在科學領域很重要,在商業領域也很重要;想想在企業家提出正確的模型之前,有多少計算機、飛機或摩天大樓的模型被嘗試、測試和丟棄。而且,這個過程仍在持續進行。一旦你要求科學家停止犯錯,你就會阻止他或她進行發現。戴森和利維奧強調的科學家的故事,以及無數其他科學史上的事件都清楚地說明了這一點。我們忽視它,就可能會削弱整個科學事業。

Ashutosh Jogalekar is a chemist interested in the history, philosophy and sociology of science. He is fascinated by the logic of scientific discovery and by the interaction of science with public sentiments and policy. He blogs at The Curious Wavefunction and can be reached at curiouswavefunction@gmail.com.

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