瑪雅人的天文學(xué)成就令人嘆為觀止，他們精確算出了太陽年，金星、火星和水星的公轉(zhuǎn)周期，甚至能預(yù)測(cè)日食，卻仍然認(rèn)為地球是宇宙的中心。

什么因素使瑪雅科學(xué)誤入歧途？瑪雅文明之殤是否會(huì)在我們的科學(xué)研究中重現(xiàn)？

智利托洛洛山天文臺(tái)的“暗能量巡天”正在測(cè)繪宇宙大尺度結(jié)構(gòu)。

翻譯 金莊維

審校 紫蘇

今年夏天，我參觀了位于墨西哥尤卡坦半島的奇琴伊察瑪雅古城。城里有一處古天文臺(tái)：公元600~1200年左右，瑪雅祭司天文學(xué)家就在那里進(jìn)行詳細(xì)的天文觀測(cè)。金字塔、廟宇、圓柱拱廊，還有其他石結(jié)構(gòu)建筑，種種遺跡顯示出天文學(xué)曾是這個(gè)高度發(fā)達(dá)的社會(huì)的中心。瑪雅人的天文觀測(cè)臺(tái)是一組建筑群。從一座金字塔上的觀測(cè)點(diǎn)往東方的廟宇望去，就是春分、秋分日出的方向；往東北方的廟宇望去，就是夏至日出的方向；往東南方廟宇望去，就是冬至日出的方向。

瑪雅人精確地追蹤了太陽、月亮和星星的位置以及相對(duì)亮度的變化，他們將天文數(shù)據(jù)記錄在古抄本中，數(shù)據(jù)的詳細(xì)程度遠(yuǎn)在當(dāng)時(shí)的其他文明之上?，斞偶浪?天文學(xué)家通過觀測(cè)數(shù)據(jù)和高等數(shù)學(xué)計(jì)算預(yù)測(cè)日食和月食，并且設(shè)計(jì)出一年365天的太陽歷，這種歷法每100年的偏差只有1個(gè)月。

然而我很疑惑：為什么瑪雅人沒能更進(jìn)一步，推理出現(xiàn)代天文學(xué)的一些基本規(guī)律？他們確定了金星、火星和水星圍繞太陽的公轉(zhuǎn)周期，卻仍然認(rèn)為地球是宇宙的中心。

我逐漸意識(shí)到原因在于瑪雅文化中流行的世界觀局限性很大。瑪雅人將精確的天文數(shù)據(jù)用于支持占星術(shù)，就像人們?cè)?9世紀(jì)前因?yàn)榕c圣經(jīng)歷史不符而拒絕承認(rèn)地球年齡的地質(zhì)學(xué)和其他證據(jù)?，斞湃诉€將天體的周期運(yùn)動(dòng)和人類歷史聯(lián)系在一起。他們沒有為這些數(shù)據(jù)尋找物理解釋，卻以此為借口發(fā)起戰(zhàn)爭(zhēng)或是舉行活人獻(xiàn)祭之類的宗教儀式。

我們從中吸取教訓(xùn)了嗎？現(xiàn)在科學(xué)是否同樣受制于文化和社會(huì)？在分配大部分研究經(jīng)費(fèi)時(shí)，大家認(rèn)為從高質(zhì)量的數(shù)據(jù)必將獲得有用的科學(xué)解釋和理論概念，而這些解釋和概念又能由將來的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)和完善。例如，美國國家科學(xué)基金會(huì)的天文學(xué)部就將大部分經(jīng)費(fèi)投入到大型設(shè)施和大規(guī)模巡天計(jì)劃中。大團(tuán)隊(duì)執(zhí)行這些項(xiàng)目，在主流范式中收集更好的數(shù)據(jù)。其他領(lǐng)域也是如此，從粒子物理到基因組學(xué)，無一例外。

封閉的科學(xué)文化導(dǎo)致資源浪費(fèi)和誤入歧途的“進(jìn)步”——蘇聯(lián)的進(jìn)化生物學(xué)就曾走入死胡同。鼓勵(lì)主流范式外的自由想法，支持對(duì)已有數(shù)據(jù)的多角度理解和收集新數(shù)據(jù)的其他動(dòng)機(jī)，科學(xué)才能真正前進(jìn)。

坐井觀天

瑪雅的宇宙學(xué)家擁有很高的社會(huì)地位。由于能夠預(yù)言未來，他們得到了大量支持。而今天，宇宙學(xué)家花了幾十億美元在巡天項(xiàng)目中收集大量精確的數(shù)據(jù)。

宇宙大尺度結(jié)構(gòu)的項(xiàng)目包括美國重子振蕩光譜巡天和國際暗能量巡天，未來還有美國暗能量光譜儀、歐空局的“歐幾里德”計(jì)劃、美國航空航天局的廣域紅外巡天望遠(yuǎn)鏡和智利的大型綜合巡天望遠(yuǎn)鏡等。而測(cè)繪大尺度結(jié)構(gòu)的原初“種子”——微波背景輻射的項(xiàng)目包括歐空局的普朗克衛(wèi)星、美國南極望遠(yuǎn)鏡，還有阿塔卡馬宇宙學(xué)望遠(yuǎn)鏡和西蒙斯陣列等國際合作項(xiàng)目。

墨西哥奇琴伊察的瑪雅金字塔

這些項(xiàng)目的目標(biāo)都很單一——確定理論模型中的參數(shù)。這個(gè)理論模型稱為宇宙學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型，它包括由普通物質(zhì)、暗物質(zhì)和暗能量組成的膨脹宇宙，模型的初始條件由宇宙早期的極速膨脹階段——暴脹決定?？茖W(xué)家往往只關(guān)心從大量數(shù)據(jù)中提煉出的幾個(gè)參數(shù)，而對(duì)意外發(fā)現(xiàn)棄置不顧。

我最近在評(píng)閱一篇博士論文時(shí)意識(shí)到了這種偏見。那位博士生被要求檢驗(yàn)來自某個(gè)大型巡天項(xiàng)目的數(shù)據(jù)是否與宇宙學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型相符。他在發(fā)現(xiàn)某處不一致后，卻轉(zhuǎn)而論述為什么這組數(shù)據(jù)不完備。在這樣的文化中，現(xiàn)有模型永遠(yuǎn)不可能被排除，即使每個(gè)人都知道我們對(duì)暗物質(zhì)、暗能量和暴脹所知甚少。

實(shí)驗(yàn)組應(yīng)以理論中立的方式呈現(xiàn)觀測(cè)結(jié)果：實(shí)驗(yàn)觀測(cè)應(yīng)當(dāng)尋找異?，F(xiàn)象而不是反復(fù)證明某個(gè)模型的有效性。對(duì)于暗物質(zhì)、暗能量的本質(zhì)和宇宙初始條件，這些異常也許能夠帶來線索。而進(jìn)一步觀測(cè)的動(dòng)機(jī)應(yīng)當(dāng)是檢驗(yàn)異?，F(xiàn)象的非常規(guī)解釋，比如非主流的暗物質(zhì)形式、修改引力理論。大量數(shù)據(jù)中也許包括著始料未及的證據(jù)。如果所有結(jié)果都與預(yù)期一致，“寶寶”和“洗澡水”很可能被一起潑掉了。

一葉障目

每種文化的宇宙觀都遵循其信仰，例如數(shù)學(xué)美或是現(xiàn)實(shí)的結(jié)構(gòu)。如果這些觀念深植于文化之中，人們往往就會(huì)曲解數(shù)據(jù)——通過添加參數(shù)或是進(jìn)行數(shù)學(xué)操作強(qiáng)行使數(shù)據(jù)符合他們的宇宙觀。還記得本輪理論在地心說“指導(dǎo)”下的發(fā)展歷史嗎？這一理論由古希臘哲學(xué)家托勒密提出，盡管在數(shù)學(xué)上很優(yōu)美，然而并不正確。

類似地，現(xiàn)代宇宙學(xué)也包含數(shù)學(xué)上非常精巧但未經(jīng)證實(shí)的想法：多重宇宙、人擇原理和弦論。這些想法并非憑空出現(xiàn)，科學(xué)家希望它們能夠解決宇宙學(xué)中的棘手難題。例如，實(shí)驗(yàn)已經(jīng)將標(biāo)準(zhǔn)模型中的宇宙學(xué)參數(shù)測(cè)得非常精確，但是我們并不清楚為什么參數(shù)要取這些值?！岸嘀赜钪妗奔僭O(shè)時(shí)空中存在很多我們沒有“訪問權(quán)”的區(qū)域，而在這些區(qū)域中，宇宙學(xué)參數(shù)的取值很不一樣。

那為什么我們恰好生活在現(xiàn)在這片區(qū)域？科學(xué)家常常利用人擇原理進(jìn)行解釋。人擇原理宣稱我們之所以生活于此，是因?yàn)槠渌膮?shù)取值方式不允許類似的生命出現(xiàn)。然而根據(jù)分析，在質(zhì)量是太陽十分之一的恒星周圍，10萬億年前存在生命的可能性比地球大1000倍。這意味著地球并非生命最可能出現(xiàn)的地方，即使在我們的宇宙中，生命也可能早已出現(xiàn)。

人擇原理至今沒有實(shí)證支持，卻“打壓”了迫切需要的新嘗試：使用其他統(tǒng)一量子力學(xué)和引力的理論理解暗能量。別的物理學(xué)疑難也暗示著我們尚未找到正確的方向。例如，黑洞通過霍金輻射蒸發(fā)時(shí)，當(dāng)初吞噬信息將一并丟失。這和量子力學(xué)基本前提——信息守恒相悖，稱為“信息佯謬”。另外，現(xiàn)有的暴脹模型要求對(duì)宇宙的條件進(jìn)行精細(xì)調(diào)節(jié)，這也極不自然。

發(fā)展其他方法才能避免止步不前、只在追逐“本輪”上進(jìn)行投資。宇宙學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型畢竟只是精確地描述了我們的無知：我們不知道暴脹、暗物質(zhì)和暗能量的本質(zhì)。這個(gè)模型不能很好地解釋星系中可見的發(fā)光氣體和恒星；暗物質(zhì)和暗能量雖易于計(jì)算卻并不可見。這種情況顯然不盡如人意。

建立大型項(xiàng)目、鞏固主流觀點(diǎn)的趨勢(shì)是成熟學(xué)科的標(biāo)志，因?yàn)橥偈挚傻玫某晒缫驯徽?。反?duì)者爭(zhēng)論說，當(dāng)經(jīng)費(fèi)有限時(shí)，研究重點(diǎn)應(yīng)該是可能得到預(yù)期結(jié)果的那些方法。這種提議沒有意識(shí)到主流范式也許正朝著錯(cuò)誤的方向前進(jìn)。犯錯(cuò)誤的機(jī)會(huì)比產(chǎn)生真正突破多得多。因此，正如每個(gè)風(fēng)險(xiǎn)投資人都知道的那樣，進(jìn)行部分有風(fēng)險(xiǎn)的投資是獲取豐厚收益的必要條件。

另辟蹊徑

我們是否走在錯(cuò)誤道路上？知道答案的唯一方法是鼓勵(lì)對(duì)已有數(shù)據(jù)的其他理解方式。

很多年來，我都認(rèn)為資助機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)提倡對(duì)非主流觀點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。如今改變更是迫在眉睫：對(duì)大質(zhì)量弱相互作用粒子、已知粒子的超對(duì)稱伴侶等暗物質(zhì)預(yù)期形式的限制越來越嚴(yán)格；檢驗(yàn)弦論的希望越來越渺茫。當(dāng)經(jīng)費(fèi)緊縮時(shí)，研究前沿應(yīng)當(dāng)保持至少兩種對(duì)數(shù)據(jù)的理解方式，這樣新的實(shí)驗(yàn)就將致力于選出其中正確的一種：在處理新的宇宙學(xué)數(shù)據(jù)時(shí)，暴脹的替代理論應(yīng)當(dāng)?shù)玫綑z驗(yàn)；當(dāng)主要由暗物質(zhì)構(gòu)成的星系的觀測(cè)性質(zhì)出現(xiàn)矛盾時(shí)，冷暗物質(zhì)的替代理論也應(yīng)當(dāng)?shù)玫綑z驗(yàn)。

其他領(lǐng)域同樣應(yīng)該改變資金流向。LIGO 發(fā)現(xiàn)黑洞合并后，尋找引力波的全新來源應(yīng)當(dāng)受到鼓勵(lì)。開普勒衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)銀河系中大約1/4的恒星擁有地球大小的宜居行星，這應(yīng)當(dāng)引領(lǐng)新一輪尋找地外生命的努力，包括使用新方法尋找智慧文明。最近，科學(xué)家在距離太陽最近的恒星——比鄰星附近發(fā)現(xiàn)宜居行星，這可以成為宇宙飛船未來的探索目標(biāo)。

在多學(xué)科的學(xué)術(shù)會(huì)議上，不同觀點(diǎn)間的健康對(duì)話應(yīng)該得到鼓勵(lì)：不僅僅是實(shí)驗(yàn)結(jié)果和現(xiàn)象，還有概念問題，這將推動(dòng)科學(xué)健康發(fā)展。今年，我有幸參與了哈佛大學(xué)“黑洞倡議”的創(chuàng)辦，一個(gè)讓天文學(xué)家、物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家和哲學(xué)家走到一起的跨學(xué)科中心。我們發(fā)現(xiàn)不同專業(yè)的學(xué)者互相合作能夠培養(yǎng)創(chuàng)新、打破常規(guī)。他們已經(jīng)在時(shí)空裸奇點(diǎn)本質(zhì)、描繪黑洞輪廓和信息佯謬方面提出了一些精彩的見解。

這些簡(jiǎn)單的補(bǔ)救辦法將幫助我們擺脫瑪雅文明那樣可悲的科學(xué)命運(yùn)。

原文鏈接：http://www./news/good-data-are-not-enough-1.20906

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