瘟疫、饥荒、地震、战争,一直是人类生存发展的大威胁,其中瘟疫以其会传染的特性尤其令人胆寒。面对这种无法控制的灾难,古时候的人往往会把这种不确定性和同样不可捉摸的星空联系在一起。东西方历史上的瘟疫记载中,往往伴随着特异天文现象的记载,“扫把星”的坏名声就是这样来的。
这可不单纯是古人的“愚昧无知”,在科学技术有了一定发展的现代,英国两位杰出的天文学家维克拉马兴格教授和霉伊尔爵士提出过一个引起不小争论的观点:地球上的许多瘟疫,并不是在地球上原生的,而是彗星携带的宇宙尘埃进入地球大气层后造成的。
中国古人所说的“扫把星”就是一颗著名的彗星:哈雷彗星。哈雷彗星每70多年就会出现一次,1957年蔓延全球的亚洲流感在77年前也流行过一次,两位天文学家认为两次瘟疫均在哈雷彗星出现的周期之内,这不是巧合。
这种说法虽没有主流的科学研究成果可据,但咋一看要让人不相信,还非得具有一些科学的思想方法才行。2020年肆虐的新型冠状病毒,就在当下考验着我们,科学技术在发挥强大作用的同时,民众也有着诸多不理性的行为,各种关于病毒来源的离奇说法甚嚣尘上,各种防护方法也层出不穷。普通人怎样才能具备科学思维以在疫情中正确自处?是值得去思考的一个问题。
《追捕祝融星:爱因斯坦如何摧毁了一颗行星》是一本绝佳培养科学思维的科普书籍。万物都有两面性,茫茫的太空,实在有太多人类尚且未理解的现象,宇宙带给我们未知恐惧的同时,人类也在探索宇宙过程中发展出了伟大的自然科学。人类的科学思想发展从一开始就与认识太空紧密相连,譬如令宗教神权欲烧之而后快的“日心说”。《追捕祝融星》展现了翔实天文学家探索太空的细节,从牛顿万有引力定律的验证,到爱因斯坦相对论的建立,无不与那些陌生而迷人的天体息息相关。
《追捕祝融星》作者托马斯·利文森是美国麻省理工学院研究生科学写作项目的教授和主任,有许多本精彩的科普著作,译者高爽曾任北京师范大学天文系讲师也是非常优秀的科普作者“河马老师”。翻过前面一小部分略显枯燥的天文往事,中间部分突然精彩起来。看似是一本讲天文的书,其实是一部简洁的科学思想发展史。在牛顿理论指导下,渺小的人类仅仅通过纸和笔的计算便预言了一个巨大的天体:海王星的存在。但即便达成这样伟大成就的科学家也会犯人性的错误。完成这一发现的天文学家的勒维耶又发现水星运动轨迹的异常,预言有一颗“祝融星”的存在。历时半个多世纪曲折探索,爱因斯坦相对论横空出世,最终证明了祝融星并不存在。
《追捕祝融星》语言平实,历史细节翔实生动,不仅讲述了一个完整天文学发展的故事,更是对认知和思维的一次洗礼,是真正起到了科普的一本书。
1、科学家和骗子谁更快?
在预言了祝融星的存在后,实际观测到它成为天文学家们的迫切想要实现的目标,这可是一个难得的获得荣耀的机会——首次发现一个行星。太阳的光芒会淹没一些天体,只有发生日食的时候太阳的光芒被挡住,那些平时隐藏在太阳光辉里的星星会短暂地露出它们的行踪。所以观测日食是20世纪以前最重要的天文科研活动。
不过这样的探索通常漫长且困难重重,第一是日食每年次数有限。第二是一次日食的过程持续仅仅为数分钟,最佳的日全食观测时间甚至只有几秒钟,真正的稍纵即逝。第三是每次日食理想的观测地点天南海北,天文学家为了赶赴理想的观测点要跨越半个地球,观测点的天气状况也尤为重要,如果观测点是阴雨天气那就什么都看不到了。
专业科学研究性质的日食观测,十分耗费人力物力。在《追捕祝融星》书中提到了两次历史上著名的日全食观测。一次是1878年,当时在美国的最佳观测点还处于战争状态中,联邦政府投入了8个兵营的的力量协助科学家们追踪日食。这次观测日食的科学家们有好几个队伍,其中一个队伍里有一位世界闻名的发明大王——爱迪生。
科学家们在这次观测中遭遇了沙尘暴,附近军事要塞的士兵帮忙用铁路上的防雨栅栏遮挡风沙,观测之前又出现了操作失误,仪器失灵等等各种困难。
1914年,一支日食观测队伍,从德国远赴俄国黑海观测日食,他们是要通过观测验证爱因斯坦预言的在太阳附近会发生星光的弯曲现象,同时还有天文学家仍然准备在日食中搜寻祝融星。而戏剧性的是,观测还没开始,就爆发了一战,德俄双方变成敌对国,在俄国的德国科学家被拘禁,这次观测就错过了。
天体物理学家们在1917年末就开始准备了1919年的日食观测,他们提前拍摄了星空照片,以便和日食发生时候的星空做对比,无论是根据牛顿还是爱因斯坦的理论,发生日食的时候,星星的位置都会发生变化。
观测过程遇到了暴风雨,直到日食开始才勉强完成观测,最后结果证明,爱因斯坦的相对论更加符合真实情况。自此人类的物理知识进入了相对论的时代,大到原子能的利用,小到手机里面的GPS精确导航,这一伟大的成就让人类认识世界的水平跃进了一大步。
爱因斯坦的理论完美解释了水星运动轨迹的异常,也就宣告了祝融星的不存在,从1860年到1919年,人类通过半个多世纪的不断探索才彻底解决了这个问题,罗马不是一天建成的,虽然进入信息时代后,信息技术的革新频率大大提高了,但是基础科学领域的进步还是要一代一代的科学家艰难地推进。
2020年爆发的新冠状病毒,许多人寄希望于疫苗,但是医学专家表示有效的疫苗至少要半年以上甚至更长时间才能问世。面对恐慌的时候,人会出于“有总比没有好”的心理,相信一些毫无效果的“救命稻草” ,而有时候这些非理性行为不亚于谋财害命。稍具科学思维就会明白,那些宣传效果奇好,见效奇快的手段,大多都是收你智商税的。
2、科学思维的三点特征
胡适在一次演讲中提到,英国有个科学家洛奇爵士,相信鬼魂存在,但是科学是要讲究证据,从来就没有确切的存在的证据。胡适评价这位科学家说他的“科学思想放了假”。《追捕祝融星》书中科学家探索祝融星的故事也阐述了这个道理,勒维耶通过计算,预言了海王星的存在,后来果然被证实,又用类似方法和同一个理论预言了祝融星的存在。按当时勒维耶的名望,祝融星的存在应该毫无疑问才对,但是科学家中始终有人在搜寻直接的证据,没有证据,无论多么完美的预言,都成不了真。
当然,科学的思维还有另外一重保障,那就是不仅需要有证据,还需要可重复观测,一次偶然的发现,不能作为下结论的证据,祝融星在半个世纪里反复被发现又反复被推翻,其中不乏有十分重量级的科学家宣称发现了祝融星,最终还是被其他科学家所推翻。
1878年在美国的日食观测结果,天文学家沃森宣布发现了祝融星,但是随即科学界就有了不同的争论。在同一次日食中其他科学家,在不同地点,用不同设备,并没有相同的发现。所以沃森的发现并不令人信服,沃森发现了许多彗星、小行星、大行星,很有名望,但是这次观测到的祝融星只是一个观测错误,和之前许多次一样,观测者只是看到了自己渴望看到的东西,而不是事实。这就是科学思想的严谨之处。
最妙的地方来了,那既有证据,也经得起反复验证的事情是不是就永远正确呢?在科学的世界里,答案是不。
爱因斯坦跳出了牛顿经典力学体系的框架,证明了以前无比正确的理论,也存在不足之处。曾经完美的牛顿理论体系,在宇宙中大部分情况下都是正确的。正因为如此,在这个思想体系下的科学家,永远不会搞清楚祝融星真实情况。如果没有对过去正确事情的勇敢超越,人类认识太空的步伐也就停滞不前了。
这就是科学最大的魅力所在:可证伪。也许在将来的某一天,会有更接近真实世界的理论替代相对论。
孔子在一次流亡的途中七日都未进食,弟子颜回在煮米的时候用手抓锅中的米吃,看到的人以为颜回自己在偷食。孔子问清楚后才知道,是因为锅灰掉到米上,颜回又舍不得丢掉,所以拿了吃掉。孔子感叹,即便是自己亲眼看到的,也不一定是自己所想的那样,要了解真实情况,了解一个人,是多么的不容易。
《追捕祝融星》书中通过祝融星的命运和牛顿、爱因斯坦的理论发展历程,诉说了这样一个事实:科学在人类的思想中是独一无二的,它可以自我校正。无论当下多么完美的理论,都是暂时的,随着科学的发展,一定会有更进步、更全面的发现。
整个曲折的祝融星的故事告诫人们,一心想得到自己想要的、期望的结果会很容易实现。但这个结果正不正确,世界另有说法。天文、科学实验室也许离我们的生活很远,但拥有科学的思维会令我们在生活工作中处处受益。