科學(xué)家錯(cuò)了怎么辦：有人承認(rèn)自己搞砸了，也有人拒絕這么做 | 天問專欄
?探索未知之路，圖片來源：Marko Cvrkovi?
編者按：
對科學(xué)家來說，犯錯(cuò)是常有的事。但面對錯(cuò)誤，科學(xué)家們的應(yīng)對方式卻不盡相同，結(jié)果亦是如此：有些科學(xué)家大膽承認(rèn)自己的錯(cuò)誤，仍收獲了熱烈的掌聲，而有些科學(xué)家拒絕認(rèn)錯(cuò)，落得個(gè)顏面盡失。
本期天問專欄為您講述兩個(gè)“大發(fā)現(xiàn)”的故事，它們皆“紅極一時(shí)”，其中一個(gè)甚至驚動(dòng)了當(dāng)時(shí)的美國總統(tǒng)。然而，這兩場“大熱鬧”的結(jié)果卻大相徑庭。
撰文 | 張曉佳（香港大學(xué)）、毛淑德（清華大學(xué)、國家天文臺）
責(zé)編 | 呂浩然
天問專欄
· 他們腳踏幾千米高原，只為多仰望星空一眼（附一至十期文章）
· 有人要挑戰(zhàn)暗物質(zhì)理論，并邁開了“萬里長征”的第一步
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科學(xué)家在自己的學(xué)術(shù)生涯中多多少少會犯錯(cuò)，其中大部分是微不足道的小錯(cuò)誤，只要發(fā)一個(gè)期刊勘誤表訂正下就可以了。但有些就比較“嚴(yán)重”，它們起初作為重大研究發(fā)現(xiàn)而粉墨登場，之后卻被證明是個(gè)錯(cuò)誤[1]，對此，有人承認(rèn)是自己搞砸了，也有人拒絕這樣做。
有趣的是，這類錯(cuò)誤有時(shí)并非全無意義，它們當(dāng)中有一些為后續(xù)的研究發(fā)現(xiàn)提供了靈感和方向，間接地對所在領(lǐng)域做出了貢獻(xiàn)。今天，就讓我們借助系外行星領(lǐng)域的兩個(gè)“重要發(fā)現(xiàn)”來體會一下這類錯(cuò)誤在科學(xué)探索的征途中所扮演的角色。
我的《自然》文章錯(cuò)了——“第一個(gè)”系外行星發(fā)現(xiàn)
1992年1月15日，在亞特蘭大召開的美國天文學(xué)會年會上，作者之一與在場的上千位同行一樣，正翹首以待一場天文學(xué)界劃時(shí)代的學(xué)術(shù)報(bào)告：關(guān)于首個(gè)系外行星發(fā)現(xiàn)的報(bào)告。今天，天文學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了3700多個(gè)系外行星，可在當(dāng)時(shí)這個(gè)發(fā)現(xiàn)卻是零的突破，其意義之重大顯而易見，所以整個(gè)會場充滿了無比的期待和激動(dòng)！
但誰也不曾想到，報(bào)告開始后，演講人卻對著在場上千位同行的面宣布，自己之前的研究結(jié)果是錯(cuò)的！這位來自英國曼徹斯特大學(xué)的天文學(xué)家，安德魯·萊恩（Andrew Lyne）教授，曾在六個(gè)月前公布了一個(gè)驚人的發(fā)現(xiàn)[2]：他在某個(gè)脈沖星周圍探測到了行星（脈沖星是恒星經(jīng)歷超新星爆發(fā)后剩下的恒星殘?。?/span>。
?圖1：脈沖星示意圖，圖片來源：Michael Kramer
脈沖星是旋轉(zhuǎn)的中子星，它的射電脈沖就像燈塔的信號一樣，會隨著他的自轉(zhuǎn)周期性地到達(dá)地球，堪稱是宇宙中極為精準(zhǔn)的時(shí)鐘（見圖1）。但如果它周邊存在系外行星， 脈沖星與行星的互相繞轉(zhuǎn)會使得脈沖星的位置不斷移動(dòng)，從而使其信號到達(dá)地球的時(shí)間也發(fā)生變化。這個(gè)變化雖然非常微小，但卻使我們能以此來探知系外行星的存在。
當(dāng)然，脈沖星邊上有系外行星聽上去簡直不可思議：一個(gè)行星怎么可能經(jīng)受住超新星劇烈的爆炸而留存下來呢？因?yàn)椋?span style="color: rgb(0, 0, 0);">超新星爆發(fā)是恒星演化末期時(shí)經(jīng)歷的一種劇烈的爆炸過程，其強(qiáng)度十分驚人，可以在短短幾天內(nèi)照亮所處的整個(gè)星系。雖然有這樣的疑問，但在徹底排查之后，萊恩和他的兩位合作者認(rèn)為，除此之外（脈沖星周邊存在系外行星）沒有其它的解釋了。
他們的結(jié)果隨后發(fā)表在了《自然》（Nature）雜志上[2]，萊恩也藉此受邀在一月份即將舉行的美國天文年會上做演講。
然而，就在距離演講還有幾星期的某個(gè)晚上，萊恩猛然意識到自己在計(jì)算中忽視了一個(gè)并不復(fù)雜但卻至關(guān)重要的因素——地球公轉(zhuǎn)軌道并不是嚴(yán)格的圓軌道，而是個(gè)橢圓。當(dāng)他在計(jì)算中修正了這一點(diǎn)后，“行星不見了”。
若干年后，當(dāng)萊恩對作者之一提起這件事時(shí)，依然能感受到那次失誤帶給他的沉痛打擊，他也表示：要不是自己發(fā)現(xiàn)并承認(rèn)了這個(gè)錯(cuò)誤，其他人可能不易發(fā)現(xiàn)。
其實(shí)在科研界，烏龍事件出乎意料地常見，雖然其中不乏明目張膽的欺詐行為，但更多的情況是：某個(gè)用已知的（通常還是十分普通的）自然規(guī)律就可以解釋的現(xiàn)象，由于科學(xué)家們考慮不周而被誤以為是新發(fā)現(xiàn)?！安灰云燮廴耸?span style="color: rgb(136, 136, 136);">（科學(xué)研究的）首要原則，”在加州理工學(xué)院1974年的畢業(yè)典禮上，物理學(xué)家理查德·費(fèi)曼（Richard Feynman，1918.5.11 - 1988.2.15）這樣說道，“而你自己往往是最容易受騙的那個(gè)人。”
同樣是犯錯(cuò)，不同的人對待錯(cuò)誤的方式卻有高下之分的。盡管有些尷尬，但萊恩自己發(fā)現(xiàn)了這個(gè)失誤并及時(shí)宣之于眾，這也使他免于遭受此事可能帶來的更嚴(yán)重的后果，無異于懸崖勒馬。
那一天，當(dāng)萊恩在眾人面前承認(rèn)自己的失誤后，全場的天文學(xué)家都起立報(bào)以熱烈的掌聲。他的確是搞錯(cuò)了，但他發(fā)現(xiàn)了自己的失誤并坦然承認(rèn)?！斑@是我所見過的最光榮（honorable）的事情，”當(dāng)時(shí)主持報(bào)告的約翰·勃寇教授（John Bahcall，一位曾在普林斯頓高等研究學(xué)院任職的天文學(xué)家，現(xiàn)已離世）對邁克爾·萊蒙尼克（Michael Lemonick，曾長期擔(dān)任《時(shí)代》雜志的科學(xué)作家，現(xiàn)為《科學(xué)美國人》的評論編輯）這樣說道，“一個(gè)優(yōu)秀的科學(xué)家會苛求用誠實(shí)的態(tài)度對待一切事物，而你剛才見證了這一點(diǎn)?！?/p>
?圖2: 藝術(shù)家描繪的脈沖星行星系統(tǒng)PSR B1257+12，圖片來源：NASA/JPL-Caltech/R. Hurt
有意思的是，安德魯·萊恩的錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)，卻促進(jìn)了亞歷山大·沃爾茲森（Alex Wolszczan）和戴爾·弗雷（Dale Frail）迅速用同樣的方法在1992年另一顆脈沖星PSR B1257+12附近找到了系外行星[4]（見圖2）。當(dāng)然，在其工作中，他們吸取了萊恩的教訓(xùn)，排除了地球公轉(zhuǎn)是橢圓軌道的影響。
可以說，萊恩教授的失誤堪比一劑催化劑，為系外行星領(lǐng)域的發(fā)展貢獻(xiàn)了力量。而他也在“犯錯(cuò)”之后的1996年入選英國皇家學(xué)會院士（他在脈沖星領(lǐng)域做出了極為重要的貢獻(xiàn)，包括第一個(gè)雙脈沖星的發(fā)現(xiàn)，作者之一與其共事10年）。
我的《科學(xué)》文章沒錯(cuò)——火星上的細(xì)菌化石
?圖3: 隕石ALH84001，圖片來源：NASA
再來看看另一個(gè)曾轟動(dòng)一時(shí)的重大發(fā)現(xiàn)。那是在1996年，有人宣布在火星隕石Allan Hills 84001（簡稱ALH84001 ，見圖3）上找到了細(xì)菌化石的存在證據(jù)[5]。
1984年12月27日，美國的南極隕石搜尋計(jì)劃小組（Antarctic Search for Meteorites，ANSMET）在南極阿蘭山（Allan Hills）發(fā)現(xiàn)了這塊名為ALH84001的隕石，人們認(rèn)為它是最古老的火星隕石之一，是從40.91億年前的熔巖中結(jié)晶出來的。
根據(jù)化學(xué)分析，它可能起源于火星表面還存在液態(tài)水的時(shí)期。一種理論認(rèn)為，ALH84001在1700萬年前的一次隕石撞擊中飛離火星，并于13000年前掉落在地球上。1996年8月6日，在《科學(xué)》（Science）上發(fā)表的一篇文章使ALH84001成為了熱門話題，文章的作者，美國宇航局（NASA）的科學(xué)家大衛(wèi)·麥凱（David McKay）聲稱這塊隕石可能攜帶了揭示火星生命跡象的證據(jù)[6]。
許多人迫不及待地表示這些化石是證明外星生命存在的首個(gè)真憑實(shí)據(jù)，該研究發(fā)現(xiàn)也成為了全球各地的頭條新聞[7]。當(dāng)時(shí)的美國總統(tǒng)比爾·克林頓還在電視上發(fā)表正式通告來紀(jì)念此事，就連卡爾·賽根（Carl Sagan）也說，“這些結(jié)果如果得到證實(shí)，將成為人類歷史上的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)[8]?！?但也有些人認(rèn)為，該發(fā)現(xiàn)并不足以說明火星表面存在生命跡象。
這一消息引發(fā)的巨大爭議并不令人吃驚，因?yàn)橛嘘P(guān)火星生命的新聞向來都會成為頭版頭條，無論發(fā)現(xiàn)的是現(xiàn)有的、還是已經(jīng)滅絕的火星生命。天體生物學(xué)，也就是搜尋太陽系外行星和生命跡象的學(xué)科，是很多科學(xué)家想要掘金、獲得突破性進(jìn)展的領(lǐng)域。
但事實(shí)證明， 這一研究領(lǐng)域也是虛假發(fā)現(xiàn)的墓地，因?yàn)樵谶@里，“萊恩的行星”隨處可見，很多一開始被看做地外行星或者地外生命存在的證據(jù)都經(jīng)不起時(shí)間的檢驗(yàn)。
?圖4：電子顯微鏡下的高分辨率圖像顯示ALH84001具有一種不尋常的管狀微觀結(jié)構(gòu)（紅圈所示），其直徑還不到人類頭發(fā)直徑的1%。圖片來源：NASA
起初，科學(xué)家們之所以認(rèn)為在ALH84001上發(fā)現(xiàn)了細(xì)菌樣生命形式的化石，憑借的是巖石在掃描電鏡下呈現(xiàn)出的微觀結(jié)構(gòu)（見圖4）。ALH84001所呈現(xiàn)出的微觀結(jié)構(gòu)體直徑為20～100納米，與理論上納米細(xì)菌的大小相近，但小于任何當(dāng)時(shí)已知的細(xì)胞生命體。
如果像所謂的生物成因假說理論認(rèn)為的那樣，它們是某種生命形式留下的化石，那它們將成為外星生命存在的第一個(gè)堅(jiān)實(shí)有力的證據(jù)。當(dāng)然，這里暗含了一個(gè)前提假設(shè)：它們沒有被地球環(huán)境污染過。
來自美國宇航局的大衛(wèi)·麥凱認(rèn)為，在其它火星隕石中發(fā)現(xiàn)的被地球環(huán)境污染過的微生物所呈現(xiàn)出的微觀結(jié)構(gòu)與ALH84001上的微觀結(jié)構(gòu)不太一樣。特別是，ALH84001上的微觀結(jié)構(gòu)體看起來和隕石的本土原料是共生關(guān)系（或被包含關(guān)系），而被污染過的微生物則不太可能具有這種特征。
雖然無法確切地解釋ALH84001的這些特征是如何形成的，但由D.C. Golden領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)小組（其中包括大衛(wèi)·麥凱的弟弟戈登·麥凱（Gordon McKay））在實(shí)驗(yàn)室中基于非生物材料重現(xiàn)了與之類似的特征。
對此，大衛(wèi)·麥凱表示，這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果是以自然界不存在的超純原料為起點(diǎn)，“不能解釋我們在ALH84001中發(fā)現(xiàn)的諸多特征”。按照大衛(wèi)·麥凱的說法，一個(gè)靠譜的非生物模型，“必須能同時(shí)解釋ALH84001具有的，在我們和其他人看來，可能源于生物作用的所有特性”。
簡單來說，麥凱的意思是：雖然我不能解釋為什么，但你那個(gè)也不對！然而科學(xué)界的其他人卻并不同意麥凱的觀點(diǎn)，對他提出的和火星生命相關(guān)的證據(jù)都持強(qiáng)烈的懷疑態(tài)度。
?圖5：有些磁鐵礦（magentite）也可以由地球上的細(xì)菌所產(chǎn)生[9]，圖片來源：Siim Sepp/Creative Commons ShareAlike
實(shí)際上，在1996年《科學(xué)》文章發(fā)表后的幾年中，科學(xué)家們逐漸舍棄了有關(guān)ALH84001的證據(jù)中站不住的地方，并最終把焦點(diǎn)放在了從ALH84001的碳酸鹽中找到的磁鐵礦（magnetite）顆粒物上（圖5）。
一些地球上的細(xì)菌含有磁鐵礦顆粒，這使它們能夠依據(jù)地球磁場取向，并沿著它移動(dòng)，尋找對其生存最有利的條件。所以，這些顆粒也被當(dāng)成火星上存在生命的佐證之一。然而另一些研究表明，用激波加熱碳酸鹽也可以產(chǎn)生磁鐵礦顆粒物，這使得磁鐵礦這一證據(jù)也變得沒那么有說服力了[10]。
盡管如此，當(dāng)年宣布這一發(fā)現(xiàn)的大衛(wèi)·麥凱（已于2013年去世）和他的同事們卻始終堅(jiān)持他們最初的看法，這也導(dǎo)致他們在科學(xué)界的地位被逐漸邊緣化，但不得不說，他們的研究開創(chuàng)了天體生物學(xué)這一領(lǐng)域[11]，也許這才是他們對行星科學(xué)所做的最重要，也是最持久的貢獻(xiàn)吧。
錯(cuò)與沒錯(cuò)
愛因斯坦說過，“一個(gè)人不曾犯錯(cuò)是因?yàn)樗辉鴩L試新事物（Anyone who has never made a mistake has never tried anything new）”?？茖W(xué)研究就是一個(gè)不斷探索，卻又難免犯錯(cuò)的過程，萊恩和麥凱可能都在這個(gè)過程中摔倒過，但它們用不同的方式去面對。當(dāng)然，最后的結(jié)果也不盡相同。
僅以此文，獻(xiàn)給所有勇于探索、難免犯錯(cuò)而又勇于承認(rèn)的科學(xué)家們！
作者簡介
· 張曉佳，2006年畢業(yè)于北京大學(xué)，2006-2013年就讀于北京大學(xué)天文系攻讀博士學(xué)位，曾于國家天文臺工作，現(xiàn)于香港大學(xué)地球科學(xué)系工作。主要研究方向?yàn)樵缙谛行切纬珊蛙壍姥莼?/span>
· 毛淑德，1992年獲普林斯頓大學(xué)天體物理系博士學(xué)位，現(xiàn)為清華大學(xué)天體物理中心教授、中科院國家天文臺研究員，主要研究方向?yàn)樾窍祫?dòng)力學(xué)、系外行星搜尋、引力透鏡以及暗物質(zhì)研究。
參考文獻(xiàn)：
[1] Brilliant Blunders From Darwin to Einstein - Colossal Mistakes by Great Scientists That Changed Our Understanding of Life and the Universe, Mario Livio, Simon & Schuster, 2013.
[2] Bailes, M., Lyne, A. G., Shemar, S. L. 1991, Nature, 355, 321 (https://www.nature.com/articles/352311a0)
[3]http://www.slate.com/articles/health_and_science/science/2012/10/scientists_make_mistakes_how_astronomers_and_biologists_correct_the_record.html
[4] Wolszczan, A., Frail, D. A., 1992, Nature, 355, 145 (http://adsabs.harvard.edu/abs/1992Natur.355..145W)
[5] https://en.wikipedia.org/wiki/Allan_Hills_84001
[6] McKay, D. S. et al. 1996, Science, 273, 5277 (http://science.sciencemag.org/content/273/5277/924)
[7] http://www.nytimes.com/1996/08/07/us/clues-in-meteorite-seem-to-show-signs-of-life-on-mars-long-ago.html
[8] https://usatoday30.usatoday.com/tech/science/space/2006-08-06-mars-life_x.htm
[9] https://www.newscientist.com/article/dn13863-magnetic-rocks-may-reveal-martian-life/
[10] https://www.astrobio.net/mars/the-continuing-controversy-of-the-mars-meteorite/
[11] https://www.space.com/33690-allen-hills-mars-meteorite-alien-life-20-years.html
