科学想象力失败的前10个理论

　　有人会说，科学是一项事业，应该只关注冷酷无情的事实。想象力的飞行应该是哲学家和诗人的领域。
　　另一方面，正如阿尔伯特·爱因斯坦敏锐地观察到的那样，＂想象力比知识更重要。他说，知识仅限于我们现在所知道的，而＂想象力拥抱整个世界，刺激进步＂。
　　因此，对于科学来说，想象力往往是知识变革性进步的前奏，重塑了人类对世界的理解，并实现了强大的新技术。
　　然而，尽管有时取得了惊人的成功，但想象力也经常以阻碍揭示自然秘密的方式失败。有些头脑似乎根本无法想象现实比他们已经知道得更多。
　　在很多情况下，科学家们未能预见到测试新想法的方法，嘲笑它们是不可验证的，因此是不科学的。因此，提出足够的科学想象力失败来编制前10名名单并不太具有挑战性，首先是： 10. 原子
　　到19世纪中叶，大多数科学家相信原子。特别是化学家。约翰·道尔顿（John Dalton）已经证明，构成化合物的不同元素的简单比例强烈暗示每个元素由相同的微小颗粒组成。随后对这些原子的权重的研究使得它们的现实很难被争议。但这并没有阻止物理学家兼哲学家恩斯特·马赫（Ernst Mach）。甚至直到20世纪初，他和其他一些人仍然坚持认为原子不可能是真实的，因为它们不能被感官所利用。马赫认为原子是一种＂心理诡计＂，是一种方便的虚构，有助于计算化学反应的结果。＂你见过吗？＂他会问。
　　除了将现实定义为＂可观察的＂的谬误之外，马赫的主要失败是他无法想象原子可以被观察到的方式。即使在爱因斯坦在1905年通过间接手段证明了原子的存在之后，马赫也坚持自己的立场。当然，他不知道量子力学将实现的20世纪技术，因此没有预见到强大的新显微镜可以显示原子的实际图像（并允许某个计算公司拖着它们来拼出IBM）。 9. 恒星的组成
　　马赫的观点与法国哲学家奥古斯特·孔德（Auguste Comte）的观点相似，后者提出了实证主义的思想，实证主义否认了除了感官体验对象之外的任何东西。孔德的哲学导致（在某些情况下仍然会导致）许多科学家误入歧途。他最大的想象力失败是他为科学永远无法知道的一个例子：恒星的化学成分。
　　孔德无法想象有人能买得起某个企业家的太空火箭的门票，他在1835年认为，恒星成分的身份将永远超出人类的认知范围。他说，我们可以研究它们的大小、形状和运动，＂而我们永远不知道如何以任何方式研究它们的化学成分，或者它们的矿物结构＂，或者它们的温度，＂这些温度＂必然总是隐藏在我们面前＂。
　　然而，在几十年内，一种名为光谱学的新奇技术使天文学家能够分析恒星发出的光的颜色。由于每种化学元素都会发出（或吸收）精确的颜色（或频率）的光，因此每组颜色都像化学指纹，是元素身份的无误指标。因此，使用分光镜观察星光可以揭示恒星的化学性质，这正是孔德认为不可能的。 8. 火星上的运河
　　有时想象力会因为想象力的过多而不是缺失而失败。在关于火星上生命可能性的永无止境的戏剧中，这颗行星上着名的运河被证明是过度活跃的科学想象力的虚构。
　　火星运河在19世纪后期首次被＂观测＂，在地球表面以条纹的形式出现，意大利天文学家乔瓦尼·斯基亚帕雷利（Giovanni Schiaparelli）将其描述为 canali 。然而， 卡纳利 语在意大利语中是渠道，而不是运河。因此，在这种情况下，在翻译中获得了一些东西（而不是丢失了）的东西 - 火星有人居住的想法。＂运河是挖的，＂英国天文学家诺曼·洛克耶（Norman Lockyer）在1901年评论道，＂ 因此 有挖掘机。不久，天文学家想象出一个精心设计的运河系统，将水从火星两极输送到口渴的大都市地区和农业中心。（一些观察家甚至想象在金星和水星上看到运河。
　　意大利天文学家Giovanni Schiaparelli描述了19世纪后期火星上的通道（图中显示了1888年的地图）。热情而富有创造力的天文学家很快就想象出了精心设计的运河。 乔瓦尼·斯基亚帕雷利/维基共享资源
　　随着想象力的更受限制，在更好的望远镜和翻译的帮助下，对火星运河的信念最终消失了。这只是火星风在表面周围吹拂尘埃（明亮）和沙子（黑暗），偶尔会使明亮和黑暗的条纹以欺骗性的方式排列 - 连接到过度想象的大脑的眼睛。 7. 核裂变
　　1934年，意大利物理学家恩里科·费米（Enrico Fermi）用中子轰击铀（原子序数92）和其他元素，这是詹姆斯·查德威克（James Chadwick）两年前发现的粒子。费米发现，在产品中，有一种无法识别的新元素。他以为自己创造了比铀还重的93号元素。他无法想象任何其他的解释。1938年，费米因证明＂中子辐照产生的新放射性元素的存在＂而获得诺贝尔物理学奖。
　　然而，事实证明，费米在不知不觉中证明了核裂变。他的轰炸机实际上是更轻的，以前已知的元素 - 从重铀核中分离出来的碎片。当然，后来被认为发现裂变的科学家奥托·哈恩（Otto Hahn）和弗里茨·斯特拉斯曼（Fritz Strassmann）也不理解他们的结果。哈恩的前合作者莉丝·迈特纳（Lise Meitner）是解释他们所做的事情的人。另一位女士，化学家艾达·诺达克（Ida Noddack），曾想象过裂变的可能性来解释费米的结果，但由于某种原因，没有人听她的话。 6. 检测中微子
　　在20世纪20年代，大多数物理学家已经说服自己，自然界是由两个基本粒子构成的：带正电的质子和带负电的电子。然而，有些人想象过没有电荷的粒子的可能性。1930年，奥地利物理学家沃尔夫冈·泡利（Wolfgang Pauli）提出了这种粒子的一个具体建议。他认为，无电荷粒子可以解释在β粒子放射性中观察到的可疑能量损失。泡利的想法是费米在数学上提出的，他将中性粒子命名为中微子。物理学家汉斯·贝特（Hans Bethe）和鲁道夫·佩尔斯（Rudolf Peierls）随后对费米的数学进行了检查，他们推断出中微子会如此轻易地穿过物质，以至于没有可以想象的方法来检测它的存在（除了建造一个600亿英里宽的液态氢罐）。＂没有实际可行的方法来观察中微子，＂Bethe和Peierls总结道。
　　但他们未能想象找到大量高能中微子来源的可能性，因此即使几乎所有中微子都逃脱了，也可以捕获一些中微子。在核裂变反应堆发明之前，人们不知道这种来源。在1950年代，弗雷德里克·莱因斯（Frederick Reines）和克莱德·考恩（Clyde Cowan）使用反应堆来明确确定中微子的存在。莱因斯后来表示，他之所以想方设法探测中微子，正是因为每个人都告诉他，检测中微子是不可能的。 5. 核能
　　欧内斯特·卢瑟福（Ernest Rutherford）是20世纪最伟大的实验物理学家之一，他并非完全没有想象力。在中子被发现之前的十几年里，他想象了中子的存在，他发现他的助手进行的一项奇怪的实验显示，原子含有致密的中心核。很明显，原子核含有大量的能量，但卢瑟福无法想象有办法提取这些能量用于实际目的。1933年，在英国科学促进会的一次会议上，他指出，尽管原子核含有大量能量，但它也需要能量才能释放出来。任何说我们可以利用原子能的人＂都是在谈论月光＂，卢瑟福宣称。公平地说，卢瑟福用＂以我们目前的知识＂来修饰月光的评论，所以在某种程度上，他可能期待几年后发现核裂变。（一些历史学家认为，卢瑟福确实想象过核能的强大释放，但认为这是一个坏主意，并希望阻止人们尝试它。
　　1962年，第一座全尺寸商业核电站，被称为考尔德大厅，于1956年在英国坎布里亚郡开通。 BETTMANN/GETTY IMAGES  4. 地球年龄
　　卢瑟福在想象力方面的声誉得到了他的推论的支持，即地下深处的放射性物质可以解开地球年龄的奥秘。在19世纪中叶，威廉·汤姆森（后来被称为开尔文勋爵）计算出地球的年龄略高于1亿年，甚至可能要短得多。地质学家坚持认为，地球必须更古老 - 也许是数十亿年 - 才能解释地球的地质特征。
　　开尔文计算了他的估计，假设地球是作为熔融的岩石质量诞生的，然后冷却到现在的温度。但在19世纪末发现放射性之后，卢瑟福指出，它在地球内部提供了新的热源。在演讲时（在开尔文面前），卢瑟福认为开尔文基本上预言了一个新的行星热源。
　　虽然开尔文对放射性的忽视是标准的故事，但更彻底的分析表明，在他的数学中加入热量不会改变他的估计。相反，开尔文的错误在于假设内部是刚性的。约翰·佩里（John Perry，开尔文的前助手之一）在1895年证明，地球内部深处的热量流动将大大改变开尔文的计算——足以让地球有数十亿年的历史。事实证明，地球的地幔在很长的时间尺度上是流动的，这不仅解释了地球的年龄，而且板块构造也是如此。 3. 违反充电平价
　　在1950年代中期之前，没有人想象物理定律对偏手性嗤之以鼻。同样的法律应该适用于直接观看或照镜子的事物，就像棒球规则同样适用于泰德·威廉姆斯和威利·梅斯一样，更不用说米奇·曼特尔了。但在1956年，物理学家李宗道（Tsung-Dao Lee）和杨晨宁（Chen Ning Yang）提出，弱核力可能会破坏完美的左右对称性（或＂奇偶性＂），实验很快证实了他们的怀疑。
　　许多物理学家认为，恢复自然界的理智需要反物质。如果您只是向左切换右（镜像），则某些亚原子过程表现出首选的偏手性。但是，如果你也用反物质（切换电荷）代替物质，左右平衡就会恢复。换句话说，反转电荷（C）和奇偶校验（P）使自然界的行为保持不变，这一原则称为CP对称性。CP对称性必须完全精确;否则，如果你在时间上向后（而不是向前），自然的规律就会改变，没有人能想象到这一点。
　　在1960年代早期，James Cronin和Val Fitch通过研究称为kaons的亚原子粒子及其反物质对应物来测试CP对称性的完美性。Kaons和Antikaons都有零电荷，但并不相同，因为它们是由不同的夸克制成的。由于量子力学的古怪规则，kaons可以变成反kaons，反之亦然。如果CP对称性是精确的，那么每个都应该同样频繁地变成另一个。但克罗宁和惠誉发现，反卡恩人比相反的人更频繁地变成卡翁。这意味着自然法则允许一个首选的时间方向。＂人们不想相信它，＂克罗宁在1999年的一次采访中说。今天大多数物理学家确实相信这一点，但CP违规对时间本质和其他宇宙问题的影响仍然是神秘的。 2. 行为主义与大脑
　　在20世纪初，由约翰·沃森（John Watson）发起、后来由B.F.斯金纳（B.F. Skinner）倡导的行为主义教条，将心理学家陷入了一种从科学中剔除想象力的范式中。行为主义者坚持认为，大脑——所有想象力的场所——是一个＂黑匣子＂。人类心理学的规则（主要从对大鼠和鸽子的实验中推断出来）只能通过观察行为来科学地建立。从科学上讲，探究指导这种行为的大脑的内部运作是没有意义的，因为这些工作原理是人类无法观察到的。换句话说，大脑内部的活动在科学上被认为是无关紧要的，因为它无法被观察到。＂当一个人的所作所为归因于他内心发生的事情时，＂斯金纳宣称，＂调查就结束了。
　　斯金纳的行为主义者BS洗脑了一两代追随者，让他们认为大脑是无法研究的。但幸运的是，对于神经科学来说，一些物理学家预见到了在不将头骨裂开的情况下观察大脑中神经活动的方法，表现出行为主义者缺乏的想象力。在20世纪70年代，Michel Ter-Pogossian，Michael Phelps及其同事开发了PET（正电子发射断层扫描）扫描技术，该技术使用放射性示踪剂来监测大脑活动。PET扫描现在由磁共振成像补充，基于物理学家I.I. Rabi，Edward Purcell和Felix Bloch在1930年代和1940年代开发的想法。 1. 引力波
　　如今，天体物理学家都对引力波感到痛苦，引力波可以揭示关于遥远宇宙中发生的事情的各种秘密。所有人都欢呼爱因斯坦，他的引力理论 - 广义相对论 - 解释了波的存在。但爱因斯坦并不是第一个提出这个想法的人。在19世纪，詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（James Clerk Maxwell）设计了解释电磁波的数学，并推测重力可能在引力场中引起波。不过，他不知道是怎么回事。后来，包括Oliver Heaviside和Henri Poincaré在内的其他科学家推测了重力波。因此，它们存在的可能性肯定是想象出来的。
　　但许多物理学家怀疑这些波是否存在，或者即使存在，也无法想象任何证明它的方法。在爱因斯坦完成他的广义相对论之前不久，德国物理学家古斯塔夫·米（Gustav Mie）宣称＂发射的引力辐射......任何振荡质量粒子都非常微弱，以至于无论如何都无法想象它。甚至爱因斯坦也不知道如何探测引力波，尽管他在1918年的一篇论文中研究了描述它们的数学。1936年，他决定广义相对论根本不能预测引力波。但拒绝他们的论文是完全错误的。
　　广义相对论的数学预测，巨大的宇宙碰撞（图示中的两个黑洞）会在时空中发出涟漪，但直到2016年，物理学家才报告直接观察到引力波。 断续器
　　事实证明，当然，引力波是真实的，可以被探测到。起初，它们通过相互绕行脉冲星之间的距离减小而间接验证。最近，它们被依靠激光的巨大实验直接检测到。一个世纪前，没有人能够想象探测到引力波，因为没有人想象过脉冲星或激光的存在。
　　所有这些失败都表明，偏见有时会使想象力变得迟钝。但它们也表明，想象力的失败如何激发对新成功的追求。這就是為什麼科學經常被教條貶曲，但仍然以某種方式，在足夠長的時間尺度上，提供超越哲學家和詩人最瘋狂想像力的技術奇蹟和宇宙見解。