科学家们学到的这五节课对你也有用,科学突破绝不会产生于无知

约翰尼斯·开普勒(Johannes Kepler):比起大众轻率的认同,我更喜欢智者尖锐的批评。

科学上的突破也许并不常见,但它们绝不会产生于无知。牛顿曾言他的成功是因为站在巨人的肩膀上,这句话真是再正确不过了。今天,科学的成就离不开过去的巨匠们所奠定的基础。然而,科学的历程并不仅仅是简单的直线前进,而是一套曲折的路径,充满了交叉、倒退和死胡同。每隔一段时间,一段新的旅程就将引领你来到一个全新的目的地。如果你能理解自己所处的位置和来时的路,就会获得全新的发现。

宇宙中大规模结构的演化,从早期的、统一的状态到今天我们所知的聚集的宇宙

宇宙中大规模结构的演化,从早期的、统一的状态到今天我们所知的聚集的宇宙

我们之中的大多数人不会成为科学家,也永远无法像爱因斯坦或达尔文那样,做出改变世界的发现。但是,过去的这些巨大进步并不只是对科学家才能派上用场。通过观察它们的来龙去脉,我们可以学到一些适用于每个人的经验。即使你不是个火箭专家,也可以用得上这些宝贵经验。

进化论的达尔文机制依赖于突变和自然选择,并可能随着时间推移从一个共同的祖先衍生出各种新物种

进化论的达尔文机制依赖于突变和自然选择,并可能随着时间推移从一个共同的祖先衍生出各种新物种

1、大多数新想法最终都会被证明是错误的,但无论如何都值得追求

不要为错误感到羞愧。这是最难学的东西之一,尤其是在当今高度追求正确的社会里。然而,没有人在最初进入一个科学领域时知道它是如何运作的。即使在你知道之后,好的想法仍然是罕见的。地球上的生物体随时间推移而变化,这点无疑是显而易见的,但这些变化的内在机制已经被激烈争论了数个世纪,直到今天,有关细节的争论仍在继续。

但促使达尔文发现生物多样性、变异和自然选择机制的最重要助力,正是前人的证据和想法。居维叶、拉马克、华莱士和其他人的著作都颇富知名度和影响力,并为进化论机制提出了可检验的假说。通过在加拉帕戈斯群岛收集的证据,达尔文(也是华莱士)的学说成为了主导学说,但没有其他杰出科学家的错误想法,进化论或许永远不会像今天这般为人所熟知。

地球与太阳,与40亿年前的样子并无太大区别

地球与太阳,与40亿年前的样子并无太大区别

2、正确提出问题往往比解决问题更难

当你在学校做一道数学题时,常常需要知道算术、代数或几何步骤才能解题。但在现实世界中,系统是混乱和复杂的。解题并不难,难的是剔除问题中的不相干部分,提炼出决定性因素。如果想知道引力到底是如何影响地球的,我们就需要知道宇宙中每个粒子的位置和质量,然后计算它们之间的引力。这是一个荒谬的概念,因为这需要一台和宇宙本身一样强大的计算机。换句话说,得到一个确切的解几乎是不可能的。

但如果将地球看作一个可测量质量和体积的单一客体,相关的太阳、行星、月亮、银河系以及宇宙的 宇宙的其余部分看作适当的质量,我们就很容易得出一个解。个中关键并非勉为其难得出结论,而是找出相关因素,忽略掉其他。对于潮汐,我们只需要月球、太阳和地球的海洋;对于地球绕太阳的运动,我们需要广义相对论和所有的行星;对于地球在宇宙中的运动,我们需要太阳、银河系和本星系群的速度。设置问题才是真正的难点。一旦你明白如何去做,就可能得到问题的正解。

地球围绕太阳的引力行为不是由于某个看不见的引力,而是可以被更好地描述为地球自由地通过太阳主导的弯曲空间

地球围绕太阳的引力行为不是由于某个看不见的引力,而是可以被更好地描述为地球自由地通过太阳主导的弯曲空间

3、做出大的进步通常需要挑战假设

在爱因斯坦的时代,牛顿的万有引力定律已经是延续了数个世纪的、无可争议的宇宙法则。然而,爱因斯坦的能够“想象”出一个牛顿的重力根本不适用的宇宙。多年来,许多其他的重力模型被提出并试验过,但最终都败给了牛顿定律。然而,平坦的、三维的欧几里德空间的数学替代物是存在的,我们公认的宇宙面貌仍然是一个未经证实的假设。

在许多其他数学家和物理学家的帮助及启发下,爱因斯坦将时空作为被物质和能量扭曲的四维材料来处理,得出了广义相对论。为了做到这一点,爱因斯坦不得抛弃一些人尽皆知的假设:空间是固定的和绝对的,对于每个人来说时间都过得一样快,时钟在不同的地点可以完全同步。除非你自己研究广义相对论,否则你很少有机会听到像闵可夫斯基、西蒙·纽康、波恩哈德·黎曼或是亨利·庞加莱等人的名字,但他们都为爱因斯坦战胜牛顿假设做出了令人难以置信的贡献。如此一来,爱因斯坦彻底改变了人类的宇宙图景。更多科学家解读:www.yangfenzi.com/tag/kexuejia

开普勒于1596年所著的《宇宙的奥秘》一书中的太阳系柏拉图立体模型

开普勒于1596年所著的《宇宙的奥秘》一书中的太阳系柏拉图立体模型

4、直觉永远不会像计算一样靠谱

自从有科学家以来,提出一个美丽的、强大的和令人信服的理论就是世界上许多科学家的梦想。哥白尼提出的日心说模型吸引了许多人,但他的圆形轨道无法像托勒密丑陋的本轮设想那样解释行星的观测结果。50年后,开普勒在哥白尼的思路上写出了《宇宙的奥秘》一书:一系列巢状球体的比率可以解释行星的轨道。除了一点——数据不吻合。

但用椭圆替代圆就让数字吻合了。开普勒进行了计算,最终摒弃了圆形轨道、巢状球体及完美几何的思路,以“丑陋”却更吻合的椭圆取而代之,建立了符合我们今天认知的行星运动定律。开普勒三定律至今仍被广泛应用,并催生了牛顿引力定律。如果不经过精密的数学计算,只“跟着感觉走”,这一切都不会发生。

1929年哈勃对宇宙膨胀的观测,随之而来的是更细致却也不确定的观测

1929年哈勃对宇宙膨胀的观测,随之而来的是更细致却也不确定的观测

5、实践出真知

在20世纪20年代初,人们认为宇宙是静止的。毕竟,它似乎并没有扩大或收缩,而似乎随着时间的推移保持不变。像亚历山大·弗里德曼、乔治·勒梅特这样的科学家在广义相对论下提出宇宙在膨胀,但爱因斯坦 这个静态宇宙的粉丝并不为所动,甚至告诉勒梅特,“你的计算是正确的,但你的物理糟透了。”得出判断的唯一方法就是进行测试。

只有当哈勃发现星系的距离,并加入速度测量时,才得以真正测量。伴随着哈勃于1929发布的数据  和霍华德·珀西·罗伯逊后续的理论工作,宇宙膨胀学说才得以进入公众视野。这是一次严峻的考验,也是一次成功的考验,以至于宇宙膨胀学说在今天依然是理论和观测成功的典范。

宇宙充满奥秘,其演化到今天的过程值得我们穷尽一生来学习

宇宙充满奥秘,其演化到今天的过程值得我们穷尽一生来学习

虽然大多数人永远也无法实现如此惊人的科学突破,我们却没有理由不去借鉴以上五堂课来让自己在生活的其他方面成功。在某件事上失败或想法错误并不是坏事,这些只是步向成功的必经之路。唯有合理规划才可能使问题得以解决,而为之努力的每一步本身都弥足珍贵。识别和挑战自己的假设往往有助于取得一个大的进步。世界或许并不是我们通常认知的那样。如果你想探求真相,就必须进行计算,而过于信赖直觉往往会招致失败。在宇宙和世界所展现的客观数据面前,即使是最根深蒂固的观念也值得你去挑战和质疑。

来源:Forbes 作者:Ethan Siegel 编译:未来论坛 商白

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