本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
去年的諾貝爾物理學獎授予了索爾·珀爾馬特、布萊恩·施密特和亞當·里斯，以表彰他們發現了宇宙加速膨脹，這一發現導致了一個驚人的假設，即我們宇宙的 75% 包含一種迄今未知的實體，稱為暗能量。這是一項重要的發現，它以傑出的思想和激動人心的歷史為先導。它延續了一個宏大的敘事，從亨麗埃塔·斯萬·勒維特（她為計算天文距離建立了一個標準參考）開始，到阿爾伯特·愛因斯坦（他被鄙視的宇宙常數因這些發現而復活）和埃德溫·哈勃，再到喬治·勒梅特和喬治·伽莫夫（他們關於大爆炸的觀點），最終在我們目前對宇宙膨脹的複雜理解中達到頂峰。
但同樣有趣的是，獲獎的發現揭示了無知。該獎項是因觀察到宇宙加速膨脹而頒發的，而不是因為解釋。沒有人真正知道宇宙為什麼在加速膨脹。目前對加速膨脹的解釋包括一套不同的模型，其中包含暗能量等實體，但沒有一個模型被明確證明可以充分解釋事實。這讓我懷疑，在沒有伴隨具體理論的情況下，如此大量的模型是否將成為未來科學的體現。
二十世紀見證了物理學理論的進步，這些進步與實驗結果驚人地吻合。這一進展最終促成了量子電動力學的發展，用理查德·費曼的話來說，其準確性相當於計算紐約和洛杉磯之間的距離，誤差不超過一根頭髮的寬度。從那時起，我們在定量關聯理論與實驗方面取得了一些成功，最值得注意的是在驗證大爆炸和發展粒子物理學標準模型方面的工作。但是暗能量——就目前而言，還沒有任何理論在與實驗的比較方面能像量子電動力學那樣嚴謹。
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當然，批評暗能量是不公平的，因為我們才剛剛開始著手解決它的奧秘。也許有一天會找到一個全面的理論，但考慮到我們試圖實現的目標的複雜性（基本上是解釋宇宙中所有物質和能量的本質），我們似乎可能總是受模型而不是實際理論的束縛。這種情況可能不僅發生在宇宙學中，也可能發生在其他科學領域。事實是，科學最近一直在處理的現象是多因素、複雜和湧現的。對於原子物理學和分子生物學如此有效的機械的、還原論的方法，可能對於剖析這些現象來說過於貧乏。以生物學為例。您認為我們是否可以擁有一個完整的關於人腦的“理論”，可以定量計算導致意識以及我們對外部世界反應的所有大腦狀態？嘗試構建一個訊號轉導的“理論”怎麼樣，這將使我們不僅可以預測，而且可以真正（以整體的方式）理解活體生物經歷的所有與藥物和生物分子的相互作用？然後還有其他複雜的現象，如經濟、天氣和社會網路。明智的做法是說，我們預計在不久的將來不會出現針對這些現象的真正全面的理論。
另一方面，我認為一個未來的跡象是，這些領域中的大多數都充斥著準確性和有效性各異的解釋模型。最重要的是，建模和模擬開始被認為是科學的受人尊敬的“第三條腿”，除了理論和實驗之外。造成這種情況的一個簡單原因是人們認識到，科學當前面臨的許多最大挑戰可能無法進行嚴格的理論化，我們可能不得不將現象模型視為獨立的、權威的解釋實體。我們已經看到這種情況發生在化學、生物學、氣候科學和社會科學中，我被告知，甚至宇宙學家現在也廣泛依賴宇宙的計算模型。我自己的藥物發現領域是模型成功和失敗的一個很好的例子。在這裡，模型不僅用於計算模擬藥物在分子水平上與患病蛋白質的相互作用，還用於擬合藥理學資料和 X 射線衍射資料，構建基因和蛋白質網路，甚至用於執行和分析臨床試驗。模型滲透到藥物發現和開發的每個階段，很難想象我們會在何時擁有一個涵蓋該過程各個階段的總體“理論”。
誠然，這些模型和其他模型仍然遠遠落後於已經領先約一千年的理論和實驗。但毫無疑問，隨著計算能力的提高和更多資料的納入，這些模型只會變得更加準確。有多準確還有待觀察，但值得注意的是，已經有一些書籍為獨立的、值得研究的建模和模擬哲學辯護；例如，南佛羅里達大學哲學家埃裡克·溫斯伯格最近的一本書極力主張科學哲學家不僅將模型視為理論的便捷應用和表示（然後理論是唯一值得研究的根本事物），而且將模型視為最終的獨立解釋裝置，它們本身就值得單獨的哲學思考。
那麼，這是否至少是科學未來的部分景象？一個未來，在這個未來中，可靠的實驗觀察結果並非由像廣義相對論或量子電動力學那樣優美嚴謹而完整的理論所涵蓋，而僅僅是由不同的模型所涵蓋，這些模型是透過嚴謹性、經驗資料、調整因子和樸素的直覺組合在一起的？這將是一種新型的科學，它在應用方面與其舊的對應物一樣有用，但其根基僅在於模型，而不是完整的理論。鑑於理論科學的歷史，這樣的未來可能顯得黑暗而令人沮喪。這是因為正如統計學家喬治·博克斯所著名地俏皮地說，雖然有些模型是有用的，但所有模型在某種意義上都是錯誤的。博克斯的意思是，模型通常對系統的細節具有不切實際的假設，但仍然允許我們重現現實的基本特徵。它們受到調整因子的影響，也受到其創造者的突發奇想的影響。因此，它們永遠無法提供理論似乎提供的與“現實”的確定聯絡。當不同的模型對同一個問題給出相同的答案時，這尤其是一個問題。在缺乏辨別思想的情況下，哪個模型是“正確”的模型？通常的、方便的答案是“都不是”，因為它們都在解釋事實方面做得同樣好。但是，這種科學觀點讓人感到非常不安，在這種觀點中，只能根據其效用來判斷的模型是現實的最終仲裁者，因此沒有統一的理論框架感。在這個宇宙中，“真實”的理論將永遠隱藏在模型的表面之下，就像現實總是隱藏在黑洞的事件視界之後一樣。這樣的宇宙很難溫暖那些習慣於為生命和宇宙構建宏大敘事的人們的心房。然而，這可能是我們為更全面的理解所付出的代價。未來，諾貝爾獎可能會經常頒發給重要的觀測結果，但這些觀測結果沒有真正的理論，只有模型。暗物質和暗能量的發現以及我們目前試圖理解大腦和訊號轉導的嘗試，很可能就是這種新型科學的先兆。
我們應該擔心這樣一個充斥著模型而缺乏理論的世界嗎？不一定。如果說我們對科學有一件事是瞭解的，那就是它會進化。宏大的解釋性理論傳統上被認為是科學事業的關鍵部分——可能是關鍵部分。但這主要是因為歷史先例以及尋求優雅和統一的心理衝動。甚至在歷史上，科學也取得了很大進展，而沒有完整的理論，就像化學在原子和結構理論出現之前的數百年中所做的那樣。宏大理論對於學科的真正發展至關重要的信念在過去得到了響亮的驗證，但它的效用可能已經達到頂峰。我並不是在這裡提倡某種“科學終結”的場景——遠非如此——但正如弦理論和理論物理學近期的歷史所表明的那樣，即使是最數學上優雅和心理上令人愉悅的理論也可能與現實幾乎沒有聯絡。由於我們目前試圖解釋的事物的規模和複雜性，我們可能已經在應用主要還原論的傳統科學思維方式上遇到了障礙，這種思維方式在半個世紀以來為我們提供瞭如此好的服務
但最終重要的是，我們的構建——理論、模型、經驗法則或啟發式模式識別——是否能夠勝任構建對複雜現象的一致解釋的任務。科學的業務是解釋，是透過統一的敘事還是零碎的解釋是次要的。雖然前者聽起來更令人心理上滿意，但科學實際上並不關心激發我們的自尊心。存在於那裡的東西存在，我們做任何必要和充分的事情來解開它。
這是過去的一篇文章的修訂版。