科學(xué)研究是建立在觀察到自然現(xiàn)實(shí)與用數(shù)學(xué)語言表述的理論，對這一現(xiàn)實(shí)表述之間關(guān)系的基礎(chǔ)上,。如果理論的所有結(jié)果都被實(shí)驗(yàn)證明了,，那么它就被認(rèn)為是有效的。這種方法已經(jīng)使用了近四百年,，建立了一致的知識體系,。但這些進(jìn)步都要?dú)w功于人類的智慧和先驅(qū)智者，盡管如此,，他們?nèi)匀荒軌驁?jiān)持自己先前存在的信仰和偏見,。這可能會(huì)影響科學(xué)的進(jìn)步,，即使對最偉大的人來說也是如此（比如愛因斯坦）。

第一個(gè)錯(cuò)誤：宇宙學(xué)常數(shù)

在愛因斯坦廣義相對論杰作中,，他寫下了描述宇宙隨時(shí)間演變的方程式,。這個(gè)方程的解，表明宇宙是不穩(wěn)定的,，而不是像當(dāng)時(shí)認(rèn)為的那樣,，是一個(gè)體積恒定的巨大球體，恒星在周圍滑動(dòng),。在20世紀(jì)初,，認(rèn)為我們生活在一個(gè)靜止的宇宙中，在這個(gè)宇宙中,，恒星的運(yùn)動(dòng)是不變的,。這可能要?dú)w功于亞里士多德，他說天空是不變的,，不像地球是運(yùn)動(dòng)的。

這一想法引起了歷史上的反常：1054年,，我們中國人注意到天空中出現(xiàn)了一種新的光線,，但沒有歐洲歷史記錄提到這一點(diǎn)。然而,，它可以在全天看到,，并持續(xù)了幾個(gè)星期。這是一顆超新星,，也就是一顆垂死的恒星,，其殘余物仍然可以被視為蟹狀星云。在歐洲占主導(dǎo)地位的思想,，阻止人們接受一種與天空不變的想法完全矛盾的現(xiàn)象,。超新星是一種非常罕見的事件，平均肉眼只能在一個(gè)世紀(jì)內(nèi)觀測到一次,。

上一次可以追溯到1987年,，因此，亞里士多德認(rèn)為天空不變幾乎是正確的,，至少在人類生活的規(guī)模上是這樣,。為了保持與靜態(tài)宇宙的想法一致，愛因斯坦在方程式中引入了一個(gè)宇宙學(xué)常數(shù),，這“凍結(jié)”了宇宙的狀態(tài),。他的直覺讓他誤入歧途：1929年，當(dāng)哈勃證明宇宙正在膨脹時(shí),，愛因斯坦承認(rèn)他犯了“他最大的錯(cuò)誤”,。

第二個(gè)錯(cuò)誤：量子隨機(jī)性

量子力學(xué)幾乎與相對論同時(shí)發(fā)展,，量子力學(xué)描述了無限小尺度上的物理（普朗克尺度），愛因斯坦在1905年對這一領(lǐng)域做出了巨大貢獻(xiàn),，他將光電效應(yīng)解釋為電子和光子之間的碰撞,，即攜帶純能量的無限小粒子。換句話說,，傳統(tǒng)上被描述為波的光行為就像粒子流,，正是這一進(jìn)步，而不是相對論,，為愛因斯坦贏得了1921年的諾貝爾獎(jiǎng),。但是，盡管做出了這一重大貢獻(xiàn),，他仍然頑固地拒絕量子粒子世界不受經(jīng)典物理嚴(yán)格決定論的約束,。

量子世界是概率性的，我們只知道如何在一系列可能性中預(yù)測發(fā)生的可能性,。在愛因斯坦的盲目中,，我們再次看到了希臘哲學(xué)的影響。柏拉圖教導(dǎo)說：思想應(yīng)該保持理想,，不受現(xiàn)實(shí)的偶然性影響,，這是一種高尚的思想，但并不遵循科學(xué)的戒律,。知識需要與所有預(yù)測的事實(shí)完全一致,，而信念則是建立在可能性的基礎(chǔ)上，這種可能性是由部分觀察產(chǎn)生的,。

愛因斯坦本人確信,，純粹的思想能夠完全捕捉到現(xiàn)實(shí)，但量子隨機(jī)性與這一假設(shè)相矛盾,。在實(shí)踐中,，這種隨機(jī)性并不是純粹的噪聲，因?yàn)樗艿胶Ｉy不準(zhǔn)原理的約束,。這一原理將集體決定論強(qiáng)加于粒子組,，電子本身是自由的，因?yàn)槲覀儾恢廊绾斡?jì)算離開空穴時(shí)的軌跡,，但一百萬個(gè)電子繪制了一個(gè)衍射圖,，顯示出我們確實(shí)知道如何計(jì)算的暗條紋和亮條紋。

但愛因斯坦并不接受這種根本的非決定論,，正如他挑釁性的結(jié)論所總結(jié)的那樣：上帝不會(huì)和宇宙擲骰子,。愛因斯坦設(shè)想了隱藏變量的存在，即物理學(xué)家用來描述粒子的質(zhì)量,、電荷和自旋之外尚未發(fā)現(xiàn)的數(shù)字,。但實(shí)驗(yàn)并不支持這一觀點(diǎn),，不可否認(rèn)的是，現(xiàn)實(shí)的存在超出了我們的理解,，我們不可能知道關(guān)于無限小世界的一切,。

想象力偶然的突發(fā)奇想

在科學(xué)方法的過程中，還存在著一個(gè)不完全客觀的階段,。這就是理論概念化的原因,，愛因斯坦用思維實(shí)驗(yàn)給出了一個(gè)著名的例子：想象力比知識更重要。事實(shí)上,，當(dāng)一個(gè)物理學(xué)家觀察不同的觀測時(shí),，他必須想象一個(gè)潛在的定律。有時(shí),，幾個(gè)理論模型會(huì)爭相解釋一個(gè)現(xiàn)象,，只有在這一點(diǎn)上，邏輯才會(huì)再次占據(jù)上風(fēng),。情報(bào)的作用不是發(fā)現(xiàn),，而是準(zhǔn)備，它只對服務(wù)任務(wù)有好處,，這樣,，思想的進(jìn)步就源于所謂的直覺。

這是一種超越純粹理性的知識飛躍,，客觀和主觀之間的界限不再是完全穩(wěn)固的。思想來自于電磁脈沖作用下的神經(jīng)元,，其中一些特別活躍,，就好像細(xì)胞之間有一條短路，在那里偶然性在起作用,。但這些直覺,，或人類精神的“花朵”，對每個(gè)人來說都不一樣,，愛因斯坦的大腦產(chǎn)生了“E=mc2”,，而普魯斯特的大腦則提出了一個(gè)令人欽佩的比喻。直覺是隨機(jī)出現(xiàn)的,，但這種隨機(jī)性受到每個(gè)人的經(jīng)驗(yàn),、文化和知識的制約。

隨機(jī)性的優(yōu)勢

這不應(yīng)該是一個(gè)令人震驚的消息,，因?yàn)橛幸粋€(gè)現(xiàn)實(shí)不是我們自己的智力所能掌握的,。沒有隨機(jī)性，我們就會(huì)受到本能和習(xí)慣的指引,，一切讓我們變得可預(yù)測的東西,。我們所做的幾乎完全局限于這第一層現(xiàn)實(shí),，有普通的關(guān)切和必須完成的任務(wù)。但還有另一層現(xiàn)實(shí),，在這層現(xiàn)實(shí)中,，明顯的隨機(jī)性是關(guān)鍵特征，任何行政或?qū)W術(shù)努力都無法取代偉大人物所擁有的機(jī)會(huì)奇跡,。愛因斯坦是創(chuàng)新精神和自由精神的典范,，但他仍然保留著自己的偏見。

愛因斯坦的“第一個(gè)錯(cuò)誤”可以概括為：我拒絕相信宇宙的起源,。然而,，實(shí)驗(yàn)證明他錯(cuò)了，他對上帝擲骰子的判決意味著,，“我拒絕相信機(jī)會(huì)”,。然而，量子力學(xué)包含了強(qiáng)制性的隨機(jī)性,。他的話回避了一個(gè)問題,，即他是否會(huì)在一個(gè)沒有機(jī)會(huì)的世界相信上帝，這將極大地限制我們的自由,，因?yàn)槲覀儗⒈幌拗圃诮^對決定論中,，愛因斯坦頑固地拒絕了。對他來說,，人腦應(yīng)該能夠知道宇宙是什么,。海森伯格謙虛得多，他告訴我們,，物理學(xué)僅限于描述自然在特定環(huán)境下的反應(yīng),。

量子理論表明，我們無法完全理解,，但它提供了隨機(jī)性,，這帶來了挫折和危險(xiǎn)，但也帶來了好處,。人類只能在短暫時(shí)間內(nèi)逃避這個(gè)世界的法則,。停頓的瞬間，沉思的瞬間,，純粹的直覺瞬間,，…正是這些閃光，他才有能力成為“超人”,。愛因斯坦是一位傳奇的物理學(xué)家,，是一個(gè)富有想象力的完美例子。因此,，他對隨機(jī)性的拒絕是一個(gè)悖論,，因?yàn)殡S機(jī)性使直覺成為可能,，允許在科學(xué)和藝術(shù)中進(jìn)行創(chuàng)造性的過程。

博科園｜文：Fran?ois Vannucci/The Conversation

博科園｜科學(xué),、科技,、科研、科普

關(guān)注【博科園】看更多大美宇宙科學(xué)